Baterie oparte na falowej naturze naładowanych cząstek mogą zrewolucjonizować magazynowanie energii, potencjalnie umożliwiając szybsze i bardziej wydajne ładowanie niż konwencjonalne ogniwa elektrochemiczne.
Nowy protokół opracowany przez zespół fizyków z National Cheng Kung University może przekształcić teoretyczne podstawy szybkiego ładowania kwantowych baterii w praktyczny system, demonstrując, jak superpozycja baterii może być wykorzystana do szybkiego i efektywnego magazynowania energii.
Podstawą fizyki kwantowej jest zasada, że wszystkie cząstki mają falową tożsamość, która rozciąga się w przestrzeni i czasie. Te fale reprezentują właściwości obiektu – od elektronu, przez molekułę, po całą planetę – jako spektrum możliwości, zwane superpozycją.
W ostatnich latach badacze zastanawiali się, czy jeden lub więcej obiektów w superpozycji ma coś wspólnego z chaotycznym ruchem ogrzanego materiału w silniku. Wykorzystanie tego zjawiska kwantowego mogłoby zapewnić nowe sposoby na transfer i magazynowanie energii.
Zespół eksperymentalnie ocenił dwa podejścia do wykorzystania superpozycji cząstki do ładowania hipotetycznej kwantowej baterii, aby sprawdzić, czy jej stan rzeczywiście przekazuje energię. W miejsce rzeczywistej baterii zespół użył uwięzionego jonu w stanie superpozycji, znanego jako kubit, który może zyskiwać energię, przechodząc przez przestrzeń odbijającą rodzaje przechodzących fal.
Wysyłając jon przez urządzenie, które rozdzielało jego falę na dwa promienie, zespół porównał zdolność baterii do magazynowania energii, gdy rozdzielone fale przechodziły przez wiele punktów wejściowych do jednej wnęki oraz do wielu wnęk. Odkryli, że superpozycja jonu może rzeczywiście pozwolić na efektywne ładowanie, a podejście „wiele drzwi, jeden pokój” wywołało efekt interferencji, który teoretycznie mógłby prowadzić do „doskonałego zjawiska ładowania”, pozwalając na pełną konwersję zmagazynowanej energii do pracy w dowolnym momencie procesu ładowania.
Proces ten okazał się skalowalny, z efektem interferencji utrzymującym się nawet przy wysyłaniu więcej niż jednego kubitu przez wnękę. Wykonując proces na platformie IBM Quantum i sprzęcie kwantowym IonQ, zespół zademonstrował dowód koncepcji dla swojego protokołu, pokazując, że podobny system mógłby potencjalnie stać się energooszczędnym sposobem szybkiego ładowania i pobierania energii z systemu kwantowego.
Chociaż kubit może symulować fundamentalną fizykę, potrzebne będą nowe metody, aby przekształcić protokół w coś bardziej praktycznego i przypominającego baterię, co oznacza, że minie jeszcze trochę czasu, zanim będziesz mógł naładować swój elektryczny skuter w mgnieniu oka.
Niemniej jednak eksperyment pokazuje, że nic w prawach fizyki nie mówi, że nie możemy wykorzystać krajobrazu kwantowego do długowiecznego, szybkiego magazynowania energii. W miarę jak świat odchodzi od paliw kopalnych i szuka coraz więcej sposobów na magazynowanie energii elektrycznej z odnawialnych źródeł, solidne baterie, które mogą szybko chłonąć i przechowywać znaczne ilości energii, staną się coraz ważniejsze.
Źródło: Science Alert
