Kvantumshastighed forudsagt til opladning af kvantebatterier

Mens batterierne er blevet bedre i den seneste tid, i deres kerne fungerer dagens batterier stadig på de samme grundlæggende elektrokemiske principper udviklet i 18 ^th og 19 ^th århundreder. Nogle fysikere spekulerer nu på, om kvantefænomener kan revolutionere konventionel batterikemi og føre til udviklingen af ​​en helt ny klasse af potentielt mere kraftfulde batterier.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , fysikere Dario Ferraro og medforfattere ved Italian Institute of Technology i Genova, Italien, teoretisk har demonstreret en kvantehastighed for opladningstiden for kvantebatterier, i analogi med den kvantehastighed, der tidligere er blevet demonstreret til informationsbehandling i kvanteberegning.

"Vi har vist, at selv i en enkel, men realistisk model, ladeeffekten kan forbedres betydeligt ved korrekt at udnytte kvantemekanikkens regler, "Fortalte Ferraro Phys.org . "Quantum batterier, engang eksperimentelt indset, kunne bruges i sammenhænge, ​​hvor hastigheden af ​​opladning/afladning er afgørende. Som en mulig ansøgning, man kan forestille sig realiseringen af ​​nanoskala strømforsyninger til at levere energi til miniaturiserede enheder direkte på stedet. "

I deres arbejde, fysikerne viste, at sammenfiltring af enhederne i et kvantebatteri, og derefter kobler alle enhederne til den samme kvanteenergikilde, resulterer i en kvantekollektiv forbedring af ladeeffekten sammenlignet med det tilfælde, hvor enhederne oplades individuelt, parallelt. Forbedringen stiger, når antallet af enheder stiger (specifikt når et kvantebatteri består af N enheder, kvantefordelen skaleres som kvadratroden af N ).

Forskerne tilskriver den hurtigere opladningstid til kvanteindviklingen blandt enhederne. De forklarer, at enhederne alle er koblet til en fælles kvantiseret elektromagnetisk tilstand, og fotoner fra energikilden formidler en langdistanceinteraktion mellem enheder, skabe forvirring blandt dem.

Værket bygger på tidligere abstrakte ideer om at fremskynde opladningstiden for kvantebatterier gennem kollektiv opladning, gøre disse begreber mere konkrete og sætte dem på eksperimentelt mulige grunde. Forskerne forventer, at det foreslåede system kan blive eksperimentelt realiseret med den nyeste state-of-the-art teknologi, såsom superledende qubits, kvanteprikker, eller fotoniske krystaller, blandt andre muligheder.

"Vores arbejde sigter mod at skabe en bro mellem abstrakte matematiske fysik sætninger og faktisk eksperimentel implementering af kvantebatterier, "Sagde Ferraro.

I det fremtidige arbejde, forskerne planlægger også at undersøge et andet interessant resultat af den nye undersøgelse, hvilket er eksistensen af ​​en afvejning mellem kvantebatteriets ladeeffekt og dets energilagringskapacitet.

© 2018 Phys.org