Brug af SYK-modellen til at undersøge hurtigopladningsprocessen for kvantebatterier

Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) -modellen, en nøjagtigt opløselig model udtænkt af Subir Sachdev og Jinwu Ye, har for nylig vist sig nyttig til at forstå egenskaberne ved forskellige typer stof. Da den beskriver kvantemateriale uden kvasipartikler og samtidig er en holografisk version af et kvantesort hul, det er hidtil blevet vedtaget af både kondenseret stof og højenergifysikere.

Forskere ved University of Pisa og Italian Institute of Technology (IIT) har for nylig brugt SYK -modellen til at undersøge opladningsprotokollerne for kvantebatterier. Deres papir, udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , giver bevis på potentialet i kvantemekaniske ressourcer til at øge opladningsprocessen for batterier.

"Tidligere teoretiske undersøgelser fastlagde ideen om, at sammenfiltring kan bruges til i høj grad at fremskynde opladningsprocessen for et kvantebatteri, "Davide Rossini og Gian Marcello Andolina, to af forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org, via e-mail. "Imidlertid, der manglede en konkret solid-state-model med så hurtig opladning, indtil nu."

Rossini, Andolina og deres kolleger indså, at SYK-modellen er en god kandidat til at undersøge hurtigopladningsprocessen af ​​kvantebatterier, som det er kendt for at generere stærkt sammenfiltret dynamik. Modellens mange-krop, realtidsdynamik er i sidste ende tilstrækkeligt kompleks til, at den kan udkonkurrere standard analytiske metoder.

"Til vores formål, vi fandt det praktisk at anvende en numerisk behandling baseret på den nøjagtige diagonalisering af enorme matricer, "Rossini og Andolina forklarede." Vi udførte således omfattende numeriske simuleringer, kræver op til 100 Gb hukommelse og omkring to ugers beregningstid, på en højtydende computerklynge til videnskabelige formål. "

Den model, forskerne brugte, er den første til tydeligt at afgrænse en kvantefordel i kvantebatteriers opladningshastighed. Selvom denne model er særlig vanskelig at bruge i laboratorieindstillinger, det seneste arbejde af Rossini, Andolina og deres kolleger var et første og vigtigt skridt i retning af at indsamle eksperimentelt bevis på denne kvantefordel.

"Et batteri er en ret kompliceret maskine, som man gerne vil oplade hurtigt, som skulle lagre energi i lang tid og endelig give nyttigt arbejde, "Rossini og Andolina sagde." Selvom vi beviste, at kvantemekaniske ressourcer kan øge opladningsprocessen, det er stadig uklart, om de kan bruges til at forbedre andre opgaver for et sådant hypotetisk kvantebatteri, således er undersøgelsen af ​​kvantebatterier stadig i sin begyndelse. "

Den nylige undersøgelse foretaget af Rossini, Andolina og deres kolleger tilbyder stærke numeriske beviser, der tyder på fordelen ved at anvende kvantemekaniske kræfter i batterier, som aktiveres af underliggende stærkt sammenfiltret kvantedynamik. I fremtiden, det kunne bane vejen mod udvikling af flere batterier, der kan oplades hurtigere.

"En interessant mulig tilføjelse til vores arbejde ville være at anvende de samme koncepter på termiske motorer, "Sagde Rossini." Siden 1700 -tallet har det [har] været kendt, at effektiviteten af ​​en termisk motor ikke kan overstige en universel værdi kendt som Carnot -bunden. Derfor, det er klart, at kvantemekaniske ressourcer ikke kan bruges til at forbedre effektiviteten. Imidlertid, der findes ingen universel grænse for magt, og vi planlægger at studere en SYK-baseret termisk motor for yderligere at undersøge dette problem. "

© 2021 Science X Network