Japonští vědci využili neintuitivního kvantového procesu, který ignoruje konvenční představu o kauzalitě, ke zlepšení výkonu takzvaných „kvantových baterií“. Věří, že tyto pokroky by mohly pomoci technologii trochu přiblížit realitě.
Ve standardní kvantové teorii je kauzální pořadí výskytu mezi událostmi předepsáno a musí být určité. To se zachovalo ve všech konvenčních provozních scénářích pro kvantové baterie. Ty mohou překonat užitečnost konvenčních chemických baterií v některých aplikacích s nízkou spotřebou.
Nyní, poprvé, vědci vedení Tokijskou univerzitou udělali krok dále a nabíjeli kvantové baterie v neurčitém kauzálním pořadí (ICO).
V klasické sféře sleduje kauzalita jasnou cestu. Což znamená, že pokud „událost A“ vede k „události B“, pak se vyloučí možnost, že B způsobí A. V kvantovém měřítku však ICO umožňuje existenci obou směrů kauzality v tom, co je známé jako kvantová superpozice, kde oba mohou být současně pravdivé.
„S ICO jsme ukázali, že způsob, jakým nabíjíte baterii složenou z kvantových částic, může drasticky ovlivnit její výkon,“ řekl postgraduální student Yuanbo Chen. „Viděli jsme obrovské zisky jak v energii uložené v systému, tak v tepelné účinnosti. A poněkud neintuitivně jsme objevili překvapivý efekt interakce, který je opakem toho, co byste mohli očekávat. Nabíječka s nižším výkonem by mohla poskytnout vyšší energii s větší účinností než srovnatelně výkonnější nabíječka používající stejný přístroj.“
Využití kvantového procesu
Výzkumný tým navrhl nabíjecí protokol založený na nejednotné dynamice a experimentálně to zkoumal pomocí fotonického kvantového přepínače. Experimentovali se způsoby, jak nabíjet kvantovou baterii pomocí optických přístrojů, jako jsou lasery, čočky a zrcadla, aby našli nejlepší způsoby nabíjení kvantových baterií. Zjistili, že protokol ICO může překonat konvenční protokoly a způsobit anomální efekt inverzní interakce.
Řekli, že fenomén ICO by mohl najít využití i mimo nabíjení nové generace nízkoenergetických zařízení. Základní principy, včetně zde odhaleného inverzního interakčního efektu, by mohly zlepšit výkon dalších úkolů zahrnujících termodynamiku nebo procesy. Ty zahrnují přenos tepla. Jedním slibným příkladem jsou solární panely, kde tepelné efekty mohou snížit jejich účinnost, ale ICO by mohlo být použito ke zmírnění těchto účinků a místo toho by mohlo vést ke zvýšení účinnosti.
V současné době existují kvantové baterie pouze jako laboratorní experimenty. Jednou z výhod kvantových baterií je, že by měly být neuvěřitelně účinné, ale to závisí na způsobu jejich nabíjení, jak bylo dále prokázáno v této studii.
Použití mikroskopických částí
„Současné baterie pro nízkoenergetická zařízení, jako jsou smartphony nebo senzory, obvykle používají k ukládání náboje chemikálie, jako je lithium. Zatímco kvantová baterie používá mikroskopické částice, jako např. pole atomů,“ řekl Chen. „Zatímco chemické baterie se řídí klasickými fyzikálními zákony, mikroskopické částice se jeví kvantové povahy, takže máme šanci prozkoumat způsoby jejich použití, které ohýbají nebo dokonce narušují naše intuitivní představy o tom, co se děje v malých měřítcích. Obzvláště mě zajímá způsob, jakým kvantové částice mohou narušit jednu z našich nejzákladnějších zkušeností, zkušenost času.“
Vědci prezentovali svá zjištění ve studii „Charging Quantum Batteries via Indefinite Causal Order: Theory and Experiment“. Ta se nedávno publikovala ve Physical Review Letters.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
