By Kenna Hughes-Castleberry 01 Kas 2022'de yayınlandı
Dünya daha ucuz ve daha temiz enerji kaynakları aramaya devam ederken, kuantum pillerde olası bir çözüm bulunabilir. Normal pillerden farklı olarak uzmanlara göre kuantum pillerinin yararlanacağını varsayalım dolaşıklık daha hızlı şarj etmek için daha iyi performans sergileyin. Ancak bu yeni pilleri geliştirmek hiç de kolay olmayacak; elektromanyetik alan, enerji depolamaya çalışırken zorluklara neden oluyor. Bu zorluğun üstesinden gelmek için Kore Temel Bilim Enstitüsü'nden araştırmacılar (IBS) kullanılan maseri (lazerin mikrodalga analoğu) kuantum piller için yeni bir platform öneriyor.
Elektromanyetik Alandaki Zorluklar
Kuantum pillerin geliştirilmesinde elektromanyetik alan bir sorun haline geliyor. Önceki araştırmalar, elektromanyetik alanın pil için enerji depolamak için kullanılabileceğini, ancak alanın enerji depolamak için kullanılabileceğini ileri sürmüştü. çok daha fazla enerji ihtiyaç duyulandan daha fazla. Temel olarak süreç, bir dizüstü bilgisayarın kendisine ayrılandan çok daha fazla değişiklik yapmasına benzer. Bu şarj sürecini durduracak bir mekanizma bulunmadığından çoğu kişi bunun kuantum pillerin gelişimini önemli ölçüde geriletebileceğinden endişe ediyor.
Maser'ları işaret edin
Bu sorunun üstesinden gelmek için IBS'den araştırmacılar Doçent ile işbirliği yaptı. Giuliano Benenti İtalya'daki Insubria Üniversitesi'nden bir mikromaser içinde kuantum dinamiklerini incelemek üzere. Benenti'nin açıkladığı gibi: "Bir mikromaserde, bir rezonatörün (bir fotonun uzun süre hayatta kalabileceği yüksek kaliteli bir boşluk) içinden geçen tek atomların verimli bir pompa sağladığı bir maser çalıştırılır." Kuantum etkileşimlerini uyarmak için lazerde kullanılan ışık yerine, aynı etkiyi sağlamak için maser içinde mikrodalgalar kullanılır. Bir maser modelinde, foton akışı Elektromanyetik alanla etkileşime girerek enerji depolamasına neden olur. Benenti, "Atomda yalnızca iki seviye önemlidir" diye ekledi. “Boşlukla rezonans bağlantısıyla (yani, Planck sabitinin birimlerindeki iki atom seviyesi arasındaki enerji farkı, boşluktaki elektromanyetik alanın salınımlarının frekansına eşittir). Yani atom bir kübit gibi davranıyor. Aynı konsept şimdi süperiletken kübitlerin elektromanyetik alana bir dalga kılavuzu olarak bağlanmasıyla katı duruma aktarılıyor.”
Özel kurulum nedeniyle, elektromanyetik alan denge durumu, enerji emilimini durdurarak şarj işlemine maddi bir durma noktası sağlar. Bu kararlı durum aynı zamanda araştırmacılara bir mikromaser geliştirirken kullanabilecekleri bir şarj ölçüsü verir ve aşırı şarj olasılığını azaltır. Kararlı durumun benzersizliği sayesinde araştırmacılar, mikromaserin şarj sırasında kullanılan kübitleri hatırlamadığı "saf durumda" olduğunu buldular. Bu, elektromanyetik alanda depolanan enerjinin, süreçte kullanılan kübitlerin takibine gerek kalmadan herhangi bir zamanda çıkarılabileceğini ileri sürdü.
Kuantum Pillerin Olasılığı
Kuantum piller için potansiyel yeni bir platformla araştırmacılar, sonuçlarının bu yeni teknolojiyi geliştirmeye başlamak için başkaları tarafından kullanılabileceğinden umutlular. Benenti, "Kuantum mekaniği, klasik pillerle karşılaştırıldığında, N pillerin toplu olarak şarj edilmesi durumunda birim zamanda biriken iş miktarında kayda değer bir artışa yol açabilir" dedi. "Bu kuantum avantajı, N pillerin dolaşmış durumlarını yaratma olasılığıyla bağlantılıdır. Gelecekteki teknolojilerde kuantum piller, kuantum teknolojilerinin gelişmesinde kilit nokta olan nano ölçekte verimli enerji yönetimine yardımcı olabilir.” Benenti sadece yeni platformdan heyecan duymuyor, aynı zamanda mevcut kuantum bilişim şirketleri tarafından kullanılabilecek bir yol da öneriyor. "Muhtemel bir kurulum, kuantum bilgisayar prototipleri için kullanılan bir kurulum olabilir (IBMQ, Google, Rigetti…) bir dalga kılavuzuyla (boşluk modu) birleştirilmiş süper iletken kubitlere dayanıyor” diye ekledi. Bu tür platformlardaki gelişmelerle birlikte kuantum piller beklenenden daha kısa sürede gerçeğe dönüşebilir.
Kenna Hughes-Castleberry, Inside Quantum Technology'de ve JILA'da (Colorado Boulder Üniversitesi ile NIST arasındaki bir ortaklık) Bilim İletişimcisi'nde personel yazarıdır. Yazı ritimleri derin teknoloji, metaverse ve kuantum teknolojisini içerir.
