By Кенна Хьюз-Каслберрі опубліковано 01 листопада 2022 р
Оскільки світ продовжує шукати дешевші та чистіші джерела енергії, можливим рішенням можуть бути квантові батареї. На відміну від звичайних батарей, experts постулювати, що квантові батареї будуть використовувати заплутаність заряджати швидше, а також працювати краще. Однак розробити ці нові батареї буде непросто, електромагнітне поле додає ускладнень при спробі зберігати енергію. Щоб подолати цю проблему, дослідники з Корейського інституту фундаментальних наук (IBS) використано a мазер (мікрохвильовий аналог лазера), щоб запропонувати нову платформу для квантових батарей.
Виклики в електромагнітному полі
При розробці квантових батарей електромагнітне поле стає проблемою. Попередні дослідження показали, що хоча електромагнітне поле може використовуватися для зберігання енергії для батареї, існує ймовірність того, що поле може поглинати набагато більше енергії ніж те, що потрібно. По суті, цей процес буде подібний до того, як ноутбук приймає набагато більше змін, ніж йому призначено. Оскільки немає механізму зупинки цього процесу заряджання, багато хто стурбований тим, що це може значно загальмувати розвиток квантових акумуляторів.
Подбайте про Мазерів
Щоб спробувати подолати цю проблему, дослідники з IBS співпрацювали з доцентом Джуліано Бененті Університету Інсубрії, Італія, для вивчення квантової динаміки в мікромазері. Як пояснив Бененті: «У мікромазері працює мазер, у якому окремі атоми, що перетинають резонатор (високоякісну порожнину, де фотон може виживати тривалий час), забезпечують ефективний насос». Замість світла, яке використовується в лазері для стимулювання квантової взаємодії, мікрохвилі використовуються в мазері для того самого ефекту. У рамках мазерної моделі, потік фотонів взаємодіє з електромагнітним полем, змушуючи його накопичувати енергію. «В атомі мають значення лише два рівні», — додав Бененті. «З резонансним зв’язком із порожниною (тобто різниця енергій між двома атомними рівнями в одиницях постійної Планка дорівнює частоті коливань електромагнітного поля в порожнині). Отже, атом діє як кубіт. Ця ж концепція тепер переноситься на твердий стан із надпровідними кубітами, з’єднаними з електромагнітним полем як хвилеводом».
Через спеціальну установку електромагнітне поле досягає a стійкий стан, де він припиняє поглинати енергію, створюючи матеріальну точку зупинки процесу заряджання. Цей стабільний стан також дає дослідникам метрику заряджання для використання при розробці мікромазера та зменшує можливість перезаряджання. Завдяки унікальності стаціонарного стану дослідники виявили, що він знаходиться в «чистому стані», коли мікромазер не пам’ятає про кубіти, які використовувалися під час заряджання. Це свідчить про те, що енергію, що зберігається в електромагнітному полі, можна отримати в будь-який час, без необхідності відстежувати кубіти, які використовуються в процесі.
Можливість квантових батарей
З огляду на потенційну нову платформу для квантових батарей, дослідники сподіваються, що їхні результати можуть бути використані іншими для початку розробки цієї нової технології. «Примітно, що квантова механіка може призвести до підвищення, порівняно з класичними батареями, обсягу роботи, що виконується за одиницю часу, коли N батарей заряджаються разом», — сказав Бененті. «Ця квантова перевага пов’язана з можливістю створення заплутаних станів N батарей. У майбутніх технологіях квантові батареї можуть допомогти ефективному управлінню енергією на нанорозмірі, ключовому моменті для розвитку квантових технологій». Бененті не тільки в захваті від нової платформи, але навіть пропонує спосіб її використання поточними компаніями квантових обчислень. «Можлива установка може бути використана для прототипів квантового комп’ютера (IBMQ, Google, Рігетті…) на основі надпровідних кубітів у поєднанні з хвилеводом (резонаторний режим)», – додав він. Завдяки прогресу в цих типах платформ квантові батареї можуть стати реальністю раніше, ніж очікувалося.
Кенна Хьюз-Кастлберрі є штатним автором Inside Quantum Technology і науковим комунікатором JILA (партнерство між Університетом Колорадо в Боулдері та NIST). Її ритми написання включають глибинні технології, метавсесвіт і квантові технології.
