شارژ شگفت انگیز باتری‌های کوانتومی

به گزارش سیناپرس و به نقل از نیواطلس، علیت -رابطه میان علت و معلول- کلید تجربه ما از واقعیت است. برای مثال، انداختن یک لیوان باعث شکستن آن می‌شود، بنابراین لیوان قبل از انداخته شدن نمی‌تواند خرد شود.

اما در دنیای کوانتوم، این قوانین لزوما برقرار نیستند و دانشمندان اکنون نشان داده‌اند که چگونه می‌توان از این عجایب برای شارژ باتری‌های کوانتومی استفاده کرد.

به یک معنا، می‌توان گفت که باتری‌های کوانتومی توسط تناقض‌ها تغذیه می‌شوند. روی کاغذ، آنها با ذخیره انرژی در حالت‌های کوانتومی اتم‌ها و مولکول‌ها کار می‌کنند. البته به محض اینکه کلمه «کوانتوم» وارد گفتگو می‌شود، می‌دانید که چیزهای عجیبی در شرف وقوع است. در این مورد، یک مطالعه جدید نشان داده است که باتری‌های کوانتومی می‌توانند با نقض علت و معلولی که ما می‌شناسیم، کار کنند.

یوانبو چن، نویسنده این مطالعه گفت: باتری‌های فعلی برای دستگاه‌های کم مصرف مانند گوشی‌های هوشمند یا حسگرها، معمولاً از مواد شیمیایی مانند لیتیوم برای ذخیره شارژ استفاده می‌کنند، در حالی که باتری‌های کوانتومی از ذرات میکروسکوپی مانند آرایه‌هایی از اتم‌ها استفاده می‌کنند.

وی افزود: در حالی که باتری‌های شیمیایی توسط قوانین کلاسیک فیزیک کنترل می‌شوند، ذرات میکروسکوپی ماهیت کوانتومی دارند، بنابراین ما فرصتی برای کشف راه‌هایی برای استفاده از آنها داریم که تصورات شهودی ما را از آنچه در مقیاس‌های کوچک اتفاق می‌افتد، تغییر می‌دهد یا حتی می‌شکند. من به شکل ‌ویژه به روشی که ذرات کوانتومی می‌توانند برای نقض یکی از اساسی‌ترین تجربیات ما یعنی «تجربه زمان» کار کنند، علاقه‌مندم.

در فیزیک کلاسیک، یعنی فیزیکی که ما در جهان در مقیاس بزرگ تجربه می‌کنیم، علیت به وضوح، خطی است. در مثال قبلی، انداختن لیوان(رویداد الف) باعث شکستن آن می‌شود(رویداد ب)، اما نمی‌توانید رابطه بین این دو رویداد را معکوس کنید، چرا که شیشه به دلیل شکستگی نیفتاده است.

اما در قلمروی ترسناک فیزیک کوانتومی، این محدودیت لزوما اعمال شود و بهره‌گیری از این تناقض در یک باتری کوانتومی می‌تواند به کارآمدتر شدن این باتری‌ها کمک کند.

در این مطالعه جدید، دانشمندان دانشگاه توکیو آزمایشی آزمایشگاهی با استفاده از لیزرها، لنزها و آینه‌ها انجام دادند که به عنوان یک باتری کوانتومی در مقیاس بزرگ عمل می‌کنند.

شارژ این باتری‌ها معمولاً به چندین مرحله شارژ نیاز دارد که یکی پس از دیگری کار می‌کنند، اما در اینجا تیم از یک اثر کوانتومی به نام ترتیب علّی نامعین(ICO) استفاده کرد. اساساً هنگامی که محققان سیستم را به حالت برهم‌نهی کوانتومی درمی‌آورند، ترتیب علّی می‌تواند در هر دو جهت به طور همزمان وجود داشته باشد و به مراحل شارژ چندگانه اجازه می‌دهد تا با هم و نه به صورت متوالی کار کنند.

یوانبو چن می‌گوید: ما با ICO نشان دادیم که روش شارژ باتری متشکل از ذرات کوانتومی می‌تواند به شدت بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. ما شاهد دستاوردهای بزرگی هم در انرژی ذخیره شده در سیستم و هم در بهره‌وری حرارتی بودیم و تا حدودی به طور غیرمنتظره، اثر شگفت‌انگیز یک تعامل را کشف کردیم که عکس آن چیزی است که ممکن است انتظار داشته باشید. یعنی یک شارژر کم‌مصرف می‌تواند انرژی‌های بالاتری را با کارایی بیشتر نسبت به یک شارژر با قدرت نسبتاً بالاتر با استفاده از دستگاه مشابه ارائه دهد.

شاید برای بسیاری از مردم سخت باشد که این مفهوم را درک کنند، اما باتری‌های کوانتومی ممکن است روزی به واقعیت تبدیل شوند. در حال حاضر آنها فقط به عنوان آزمایش‌های آزمایشگاهی وجود دارند، اما دانشمندان به آرامی جنبه‌های مختلف آنها را با هدف نهایی اینکه چگونه می‌توانند قطعات مختلف را به هم متصل کنند و به یک کل تبدیل کنند، آزمایش می‌کنند.

این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.