Группа ученых произвела теоретические исследования, результаты которых показали, что матрица, состоящая и наноразмерных аккумуляторных батарей, может быть заряжена гораздо быстрее, чем каждая такая батарея индивидуально.
Этот феномен является результатом так называемых коллективных квантовых взаимодействий, которые составляют основу относительно новой области – квантовой термодинамики. Эта область занимается изучением того, как квантовые эффекты оказывают влияние на законы традиционной физики, определяющие такие фундаментальные величины, как энергия, работа и т.п.
Подавляющее большинство исследований, связанных с практическим использованием явлений квантовой механики, направлены на передачу квантовой информации и ее обработку в недрах разрабатываемых квантовых вычислительных систем.
И лишь в единичных случаях проводятся исследования, демонстрирующие преимущества использования квантовых эффектов в других областях, в частности, в термодинамике.
Лишь недавно было продемонстрировано, как явление квантовой запутанности может позволить выполнить большее количество работы при использовании энергии, черпаемой из одного наноразмерного устройства, своего рода “квантовой батареи”.
В новых исследованиях ученые показали, что квантовые явления позволяют не только более эффективно использовать энергию, при их помощи можно также увеличить емкость и сократить время заряда вышеупомянутых квантовых батарей. Более того, данный процесс не требует наличия квантовой запутанности, хотя для этого необходим ряд условий, требующихся для создания квантовой запутанности.
“Мы продемонстрировали, что вполне возможно организовать квантовое взаимодействие между двумя или большими телами, не вовлекая в это явление квантовой запутанности” – пишут исследователи из университета Монаша (Monash University), Австралия, – “Возникающее при этом так называемое квантовое преимущество пропорционально числу вовлеченных во все это тел, квантовых наноразмерных батарей в данном случае”.
Обеспечиваемое взаимодействиями квантовое преимущество так же имеет свои пределы, которые и определяют минимально возможное время зарядки аккумуляторных батарей за счет квантовых эффектов.
Основным ограничивающим фактором является фактор квантовой скорости, максимальной скорости квантовых процессов, который определяет как пределы квантово-термодинамических процессов, так и быстродействие будущих квантовых компьютеров.
“Квантовые биты, кубиты квантовых компьютеров, которые представляют собой ионы или атомы, также можно рассматривать в качестве крошечных квантовых аккумуляторных батарей, по отношению к которым можно применить результаты наших исследований” – пишут исследователи, – “А нашей основной целью является то, чтобы можно было использовать квантовое преимущество в системах с конечным количеством вовлеченных тел везде, где это возможно. Это же, в свою очередь, может привести к появлению целого ряда фантастических технологий, начиная от крошечных аккумуляторов, сопоставимых по емкости с большими аккумуляторами, наномашин, способных выполнять большое количество работы и многое другое”.