대부분의 배터리는 화학 공정을 통해 에너지를 저장합니다. 대조적으로, 양자 배터리는 양자 시스템의 매우 들뜬 상태에서 에너지를 저장합니다. 연구원들은 이러한 배터리를 구현하는 여러 가지 다른 방법을 제안했으며 최근의 발전은 더 지속 가능한 에너지원으로의 전환을 도울 수 있다는 희망을 불러일으켰습니다. 그러나 에너지를 방출하는 쉬운 방법을 찾고 저장된 에너지의 올바른 수준을 유지하는 것을 포함하여 몇 가지 문제가 있습니다.
한국 기초과학연구소(IBS)의 연구원들은 이탈리아 인수브리아 대학의 동료들과 공동으로 마이크로메이저를 기반으로 하는 양자 배터리가 이러한 문제 중 일부를 극복하는 데 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다. 마이크로메이저는 광학 공동 내부의 전자기장과 상호 작용하는 원자 스트림으로 구성됩니다. 캐비티의 에너지는 특정 수준에서 안정될 때까지 연속적인 상호 작용으로 증가하여 배터리를 충전합니다.
새로운 작업에서 IBS-Insubria 팀은 마이크로메이저가 일단 충전되면 거의 정상 상태에 도달한다는 것을 보여주었습니다. 이는 팀 모델의 시스템과 관련된 시간 규모에 따라 에너지 수준이 크게 변동하지 않는다는 것을 의미합니다. 이것은 배터리의 충전 시간을 정확하게 계산할 수 있기 때문에 중요합니다. 이 연구에 사용된 매개변수를 사용하면 약 30번의 상호 작용 후에 정상 상태 수준에 도달하고 에너지는 약 1만번의 추가 상호 작용에 대해 안정적으로 유지됩니다.
거의 순수한 정상 상태
이 거의 정상 상태의 또 다른 장점은 거의 순수하다는 것입니다. 따라서 공동과 상호 작용한 원자의 상태와 독립적으로 공동의 상태를 고려할 수 있습니다. 많은 충돌 후에 캐비티의 상태가 순수하지 않을 것으로 예상할 수 있기 때문에 이것은 놀라운 일입니다. 따라서 폐기된 모든 원자와 상호 작용하지 않고는 배터리에서 추출된 에너지의 양을 최대화하는 것이 불가능합니다. 그러나 IBS-Insubria 팀은 사용 가능한 에너지(배터리의 에르고트로피라고 함)의 양이 여전히 높다는 것을 보여주었습니다.
마이크로메이저의 양자 역학은 또한 배터리가 과충전되는 것을 방지한다고 말합니다. 다리오 로사, 연구를 주도한 IBS의 선임 연구원. "원칙적으로 시스템은 에너지가 계속 증가하고 무한대가 될 수 있습니다."라고 Rosa는 설명합니다. "외부 제어 없이 마이크로메이저는 자체 역학에 의해 에너지를 무한정 증가시키지 않습니다." 이렇게 하면 배터리를 더 쉽게 충전할 수 있고 과도한 에너지로 인한 하드웨어 손상을 방지할 수 있습니다.
또한 팀이 저널에 설명하는 새로운 결과 양자 과학 및 기술, 마이크로메이저의 준비 및 작동을 위한 현실적인 조건(즉, 충전 전력 증가 및 시스템 물리적 특성의 부정확성)에서 이러한 특성이 유효함을 보여줌으로써 유용한 배터리 모델을 실험적으로 달성할 수 있는 것에 더 가깝게 만듭니다.
중첩 이점
마이크로메이저에 대한 긍정적인 결과는 관련 연구 스위스 제네바 대학 연구팀에 의해 스테판 님리히터(Stefan Nimmrichter)가 이끄는 이 그룹은 원자가 양자 중첩으로 공동에 도달하면 단일 마이크로메이저가 충전 전력에서 고전적 장치보다 이점을 가질 수 있음을 보여주었습니다. 이전에는 양자 얽힘을 사용하여 많은 양자 배터리를 결합함으로써 충전 전력이 기존 시스템보다 향상될 수 있다는 것만 알려졌습니다.
양자 배터리는 얽힘으로 인해 향상 될 수 있습니다.
Rosa는 많은 개별 마이크로메이저를 결합하고 시스템을 확장할 때 성능을 최적화하는 방법을 더 잘 이해하기 위해 추가 작업이 필요하다고 말합니다. "다른 배터리의 경우 더 많은 배터리를 함께 충전할수록 충전 전력이 향상되는 것을 보았습니다."라고 그는 말합니다. "우리는 마이크로메이저에 이러한 특성이 있는지 알고 싶습니다."
모델을 보다 사실적으로 만들기 위해 팀은 이제 공동이 불완전할 때 어떤 일이 발생하는지에 관심이 있습니다. 즉, 일부 에너지가 소산됩니다. 배터리가 이 작업에서 이미 본 기능을 유지하면서 이러한 조건에서 잘 작동한다면 이탈리아의 다른 물리학자 또는 제네바의 그룹을 포함하여 잠재적인 실험적 협력의 문이 열릴 것입니다.
