แบตเตอรี่ส่วนใหญ่เก็บพลังงานผ่านกระบวนการทางเคมี ในทางตรงกันข้าม แบตเตอรี่ควอนตัมเก็บพลังงานไว้ในสถานะที่ตื่นเต้นอย่างมากของระบบควอนตัม นักวิจัยได้เสนอวิธีการต่างๆ มากมายในการใช้แบตเตอรี่ดังกล่าว และความก้าวหน้าล่าสุดได้เพิ่มความหวังว่าพวกเขาจะสามารถช่วยให้การเปลี่ยนผ่านไปสู่แหล่งพลังงานที่ยั่งยืนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้มาพร้อมกับความท้าทายหลายประการ รวมถึงการหาวิธีง่ายๆ ในการปล่อยพลังงานและรักษาระดับพลังงานที่เก็บไว้ให้ถูกต้อง
นักวิจัยจาก Institute for Basic Science (IBS) ประเทศเกาหลี ร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัย Insubria ประเทศอิตาลี ได้แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ควอนตัมที่ใช้ไมโครแมสเซอร์สามารถช่วยเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้ Micromasers ประกอบด้วยกระแสของอะตอมที่ทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายในช่องแสง พลังงานในโพรงจะเพิ่มขึ้นตามการโต้ตอบที่ต่อเนื่องกันจนกว่าจะหยุดนิ่งที่ระดับหนึ่ง ทำการชาร์จแบตเตอรี่
ในงานใหม่ ทีม IBS-Insubria ได้แสดงให้เห็นว่า micromasers เมื่อชาร์จแล้วจะมีสถานะเกือบคงที่ ซึ่งหมายความว่าระดับพลังงานของพวกเขาไม่ผันผวนอย่างมากในช่วงเวลาที่เกี่ยวข้องกับระบบในแบบจำลองของทีม นี่เป็นสิ่งสำคัญเพราะทำให้สามารถคำนวณเวลาในการชาร์จของแบตเตอรี่ได้อย่างแม่นยำ ด้วยพารามิเตอร์ที่ใช้ในการศึกษานี้ ระดับของสภาวะคงตัวจะถึงระดับหลังจากการโต้ตอบประมาณ 30 ครั้ง และพลังงานยังคงมีเสถียรภาพสำหรับการโต้ตอบเพิ่มเติมอีกประมาณ 1 ล้านครั้ง
สถานะคงตัวเกือบบริสุทธิ์
ข้อดีอีกประการหนึ่งของสภาวะที่เกือบจะคงที่นี้คือมันบริสุทธิ์โดยประมาณ ซึ่งทำให้สามารถพิจารณาสถานะของโพรงได้อย่างอิสระจากสถานะของอะตอมที่มีปฏิสัมพันธ์ด้วย สิ่งนี้น่าประหลาดใจ เพราะหลังจากการชนกันหลายครั้ง เราอาจคาดหวังว่าสถานะของโพรงจะไม่บริสุทธิ์ ทำให้เป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่มปริมาณพลังงานที่ดึงออกมาจากแบตเตอรี่ให้มากที่สุดโดยไม่ทำปฏิกิริยากับอะตอมที่ถูกทิ้งทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ทีม IBS-Insubria แสดงให้เห็นว่าปริมาณพลังงานที่ใช้งานได้ (เรียกว่าเออร์โกโทรปีของแบตเตอรี่) ยังคงสูงอยู่
ควอนตัมไดนามิกของ micromaser ยังป้องกันไม่ให้แบตเตอรี่ชาร์จไฟเกิน ดาริโอ โรซานักวิจัยอาวุโสของ IBS ซึ่งเป็นผู้นำการศึกษา “โดยหลักการแล้ว ระบบสามารถเพิ่มพลังงานต่อไปและอาจกลายเป็นอนันต์” Rosa อธิบาย “หากไม่มีการควบคุมจากภายนอก micromaser โดยพลวัตของมันเอง จะไม่เพิ่มพลังงานอย่างไม่มีกำหนด” ทำให้ชาร์จแบตเตอรี่ได้ง่ายขึ้นและป้องกันความเสียหายต่อฮาร์ดแวร์จากพลังงานส่วนเกิน
นอกจากนี้ ผลลัพธ์ใหม่ที่ทีมงานอธิบายไว้ในวารสาร วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีควอนตัม, แสดงว่าลักษณะเหล่านี้เป็นจริงภายใต้สภาวะที่สมจริง (กล่าวคือ พลังการชาร์จที่เพิ่มขึ้นและความไม่ถูกต้องในคุณสมบัติทางกายภาพของระบบ) สำหรับการเตรียมและการทำงานของไมโครแมเซอร์ ทำให้โมเดลของแบตเตอรี่ที่มีประโยชน์ใกล้เคียงกับสิ่งที่จะทำได้ในการทดลองมากขึ้น
ข้อดีของการทับซ้อน
ผลลัพธ์ในเชิงบวกเกี่ยวกับ micromasers ได้รับการสนับสนุนโดยa การศึกษาที่เกี่ยวข้อง โดยคณะจากมหาวิทยาลัยเจนีวา ประเทศสวิสเซอร์แลนด์ นำโดย Stefan Nimmrichter กลุ่มนี้แสดงให้เห็นว่า micromaser ตัวเดียวสามารถมีข้อได้เปรียบเหนืออุปกรณ์แบบคลาสสิกในการชาร์จพลังงาน หากอะตอมมาถึงโพรงด้วยการทับซ้อนของควอนตัม ก่อนหน้านี้ เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ากำลังชาร์จสามารถปรับปรุงได้ดีกว่าระบบแบบคลาสสิกโดยการรวมแบตเตอรี่ควอนตัมจำนวนมากโดยใช้ควอนตัมพัวพัน
แบตเตอรี่ควอนตัมสามารถเพิ่มขึ้นจากการพัวพัน
Rosa กล่าวว่าจำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมเพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการรวม micromasers หลายตัวเข้าด้วยกันและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานเมื่อขยายระบบได้ดีขึ้น “สำหรับแบตเตอรี่อื่นๆ เราพบว่ากำลังชาร์จดีขึ้นเมื่อชาร์จแบตเตอรี่ร่วมกันมากขึ้น” เขากล่าว “เราต้องการทราบว่า micromasers มีคุณสมบัตินี้หรือไม่”
ในการทำให้แบบจำลองมีความสมจริงมากขึ้น ทีมงานจึงสนใจในสิ่งที่จะเกิดขึ้นเมื่อโพรงไม่สมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าพลังงานบางส่วนจะกระจายไป หากแบตเตอรี่ทำงานได้ดีภายใต้สภาวะเหล่านี้ โดยคงคุณลักษณะต่างๆ ที่เห็นแล้วในงานนี้ ซึ่งจะเป็นการเปิดประตูสู่ความร่วมมือในการทดลองที่อาจเกิดขึ้น รวมทั้งกับนักฟิสิกส์คนอื่นๆ ในอิตาลีหรือกลุ่มในเจนีวา
