Унайближчі роки такі крихітні, але потужні батареї можуть революціонізувати все, від смартфонів до суперкомп’ютерів. Зберігання енергії ось-ось зробить величезний крок вперед, на передньому плані виходить нова концепція «топологічної квантової батареї». Теоретичне дослідження, проведене дослідниками з Центру квантових обчислень RIKEN та Науково-технологічного університету Хуачжун, показало, як ефективно розробити квантову батарею.
«Наше дослідження дає нові уявлення з топологічної точки зору та підказки щодо реалізації високопродуктивних мікронакопичувачів енергії», — сказав Чжи-Гуан Лу, перший автор дослідження.
Топологічні властивості
Світ терміново потребує більш ефективного та сталого зберігання енергії, оскільки глобальний попит зростає, а стандартні хімічні батареї наближаються до межі своїх можливостей.
Квантові батареї — це нова концепція накопичення енергії, яка відрізняється від стандартних батарей використанням принципів квантової механіки, таких як суперпозиція, заплутаність та когерентність. Цей квантовий підхід обіцяє значні переваги в продуктивності, включаючи швидше заряджання, збільшену ємність та підвищену ефективність.
Практична реалізація квантових батарей зіткнулася зі значними труднощами. Основними перешкодами є втрати енергії та декогеренція, які погіршують квантові властивості, такі як заплутаність та суперпозиція. Це може призвести до низької продуктивності, особливо під час дистанційної зарядки або в середовищах з розсіюванням енергії.
«Подолаючи практичні обмеження продуктивності квантових батарей, спричинені передачею та розсіюванням енергії на великі відстані, ми сподіваємося прискорити перехід від теорії до практичного застосування квантових батарей», – сказав Гуан Лу.
Дослідники RIKEN вивчили «топологічні властивості» – особливості матеріалу, які залишаються незмінними при деформації, такій як згинання або скручування. Концепція конструкції батареї унікальним чином поєднує топологічні властивос
Нанорозмірне накопичення енергії
Вони показали, що, використовуючи топологічні властивості, можна досягти ідеальної зарядки на великі відстані та стійкості до розсіювання. ті фотонних хвилеводів з квантовими ефектами дворівневих атомів. Дослідження висвітлює кілька критичних переваг, які роблять топологічні квантові батареї життєздатними. По-перше, вони можуть досягти «майже ідеальної передачі енергії», використовуючи топологічні властивості фотонних хвилеводів.
Крім того, дослідження показало, що дисипативний імунітет можливий, зокрема, в межах однієї підґратки, коли зарядний пристрій та акумулятор розташовані в одному місці. А ось і головне: «Вони виявили, що розсіювання енергії, яке зазвичай вважається шкідливим для продуктивності акумулятора, також може бути використане для тимчасового підвищення зарядної потужності квантових акумуляторів», – зазначила команда в прес-релізі.
Це дослідження топологічних квантових батарей має значні наслідки для різних передових технологій. Воно є перспективним для нанорозмірного накопичення енергії, може призвести до досягнень в оптичному квантовому зв’язку, забезпечуючи надбезпечну передачу даних на великі відстані та багато іншого. Активно ведуться дослідження та розробки квантових батарей.
У лютому команда CSIRO успішно створила прототип квантової батареї за допомогою мікрорезонатора. Цей пристрій має крихітний простір з органічними молекулами, розташованими між дзеркалами, які затримують лазерне світло та дозволяють молекулам поглинати енергію з нього.
Минулого року дослідники з Генуезького університету, як повідомляється, представили нову квантову батарею, яка використовує спіни електронів — фундаментальну квантово-механічну властивість — для зберігання енергії. Дослідники RIKEN планують продовжувати роботу над перетворенням теорій квантових пристроїв на практичні застосування. Висновки були опубліковані в журналі Physical Review Letters.