แพลตฟอร์มใหม่ที่มีศักยภาพสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ควอนตัม

ในขณะที่โลกยังคงมองหาแหล่งพลังงานที่ถูกกว่าและสะอาดกว่า อาจพบวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้ในแบตเตอรี่ควอนตัม ซึ่งแตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไป ผู้เชี่ยวชาญ ยืนยันว่าแบตเตอรี่ควอนตัมจะใช้ประโยชน์ สิ่งกีดขวาง เพื่อให้ชาร์จเร็วขึ้นอีกด้วย ทำงานได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม การพัฒนาแบตเตอรี่ใหม่เหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเพิ่มความซับซ้อนเมื่อพยายามเก็บพลังงาน เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ นักวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์พื้นฐานแห่งเกาหลี (IBS) ใช้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แอนะล็อกไมโครเวฟของเลเซอร์) เพื่อแนะนำแพลตฟอร์มใหม่สำหรับแบตเตอรี่ควอนตัม

ความท้าทายในสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ในการพัฒนาแบตเตอรี่ควอนตัม สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากลายเป็นปัญหา การวิจัยก่อนหน้านี้ได้เสนอว่าในขณะที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถใช้เพื่อเก็บพลังงานสำหรับแบตเตอรี่ได้ มีความเป็นไปได้ที่สนามสามารถดูดซับ พลังงานมากขึ้น กว่าที่จำเป็น โดยพื้นฐานแล้วกระบวนการจะคล้ายกับแล็ปท็อปที่มีการเปลี่ยนแปลงมากกว่าที่กำหนดไว้ เนื่องจากไม่มีกลไกที่จะหยุดกระบวนการชาร์จนี้ หลายคนกังวลว่าสิ่งนี้อาจทำให้การพัฒนาของแบตเตอรี่ควอนตัมล้าหลังอย่างมาก

คิวเดอะมาสเซอร์

เพื่อพยายามเอาชนะปัญหานี้ นักวิจัยจาก IBS ได้ร่วมมือกับรองศาสตราจารย์ จูเลียโน เบเนนติ แห่งมหาวิทยาลัยอินซูเบรีย ประเทศอิตาลี เพื่อศึกษาพลศาสตร์ควอนตัมภายในไมโครมาสเซอร์ ดังที่ Benenti อธิบาย: "ใน micromaser, maser จะทำงานโดยที่อะตอมเดี่ยวที่ขวางทาง resonator (โพรงคุณภาพสูงที่โฟตอนสามารถอยู่รอดได้เป็นเวลานาน) ทำให้เกิดปั๊มที่มีประสิทธิภาพ" แทนที่จะใช้แสงในเลเซอร์เพื่อกระตุ้นควอนตัมอันตรกิริยา ไมโครเวฟจะใช้ภายในแมเซอร์เพื่อให้ได้ผลแบบเดียวกัน ภายในโมเดลมาสเซอร์ กระแสของโฟตอน ทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้เกิดการกักเก็บพลังงาน “ในอะตอมมีเพียงสองระดับเท่านั้นที่สำคัญ” Benenti กล่าวเสริม “ด้วยการจับคู่เรโซแนนซ์กับโพรง (นั่นคือ ความแตกต่างของพลังงานระหว่างระดับอะตอมทั้งสองในหน่วยของค่าคงที่ของพลังค์จะเท่ากับความถี่ของการสั่นของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในโพรง) อะตอมจึงทำหน้าที่เหมือนคิวบิต แนวคิดเดียวกันนี้ได้ถูกถ่ายโอนไปยังสถานะของแข็ง โดยมีควิบิตตัวนำยิ่งยวดควบคู่กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นท่อนำคลื่น”

เนื่องจากการตั้งค่าเฉพาะ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าถึง สถานะคงที่ซึ่งจะหยุดการดูดซับพลังงาน ทำให้มีจุดหยุดของวัสดุไปยังกระบวนการชาร์จ สถานะคงที่นี้ยังช่วยให้นักวิจัยมีตัวชี้วัดการชาร์จเพื่อใช้ในการพัฒนาไมโครมาสเซอร์ และลดความเป็นไปได้ของการชาร์จไฟเกิน ด้วยความเป็นเอกลักษณ์ของสถานะคงตัว นักวิจัยพบว่ามันอยู่ใน "สถานะบริสุทธิ์" โดยที่ไมโครมาสเซอร์ไม่มีการจดจำคิวบิตที่ใช้ระหว่างการชาร์จ สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าสามารถดึงพลังงานที่เก็บไว้ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้ตลอดเวลา โดยไม่ต้องคอยติดตามคิวบิตที่ใช้ในกระบวนการ

ความเป็นไปได้ของแบตเตอรี่ควอนตัม

ด้วยแพลตฟอร์มใหม่ที่มีศักยภาพสำหรับแบตเตอรี่ควอนตัม นักวิจัยจึงหวังว่าผลลัพธ์ของพวกเขาจะสามารถนำไปใช้โดยผู้อื่นเพื่อเริ่มพัฒนาเทคโนโลยีใหม่นี้ “โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กลศาสตร์ควอนตัมสามารถนำไปสู่การปรับปรุงสำหรับแบตเตอรี่แบบคลาสสิก ในจำนวนงานที่ฝากต่อหน่วยเวลาเมื่อแบตเตอรี่ N ถูกชาร์จรวมกัน” Benenti กล่าว “ข้อได้เปรียบเชิงควอนตัมนี้เชื่อมโยงกับความเป็นไปได้ในการสร้างสถานะที่พันกันของแบตเตอรี่ N ในเทคโนโลยีในอนาคต แบตเตอรี่ควอนตัมสามารถช่วยในการจัดการพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพในระดับนาโน ซึ่งเป็นประเด็นสำคัญสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีควอนตัม” Benenti ไม่เพียงตื่นเต้นกับแพลตฟอร์มใหม่ แต่ยังแนะนำวิธีที่บริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมในปัจจุบันสามารถนำไปใช้ได้ “การตั้งค่าที่เป็นไปได้อาจใช้สำหรับต้นแบบคอมพิวเตอร์ควอนตัม (ไอบีเอ็มคิว, Google, ริเกติ…) ขึ้นอยู่กับ qubits ตัวนำยิ่งยวด ควบคู่กับท่อนำคลื่น (โหมดโพรง)” เขากล่าวเสริม ด้วยความก้าวหน้าในแพลตฟอร์มประเภทนี้ แบตเตอรี่ควอนตัมอาจกลายเป็นความจริงได้เร็วกว่าที่คาดไว้

Kenna Hughes-Castleberry เป็นนักเขียนที่ Inside Quantum Technology และ Science Communicator ที่ JILA (ความร่วมมือระหว่าง University of Colorado Boulder และ NIST) จังหวะการเขียนของเธอมีทั้ง Deep Tech, Metaverse และเทคโนโลยีควอนตัม