Знайдено спосіб зупинити саморозряд квантових батарей за допомогою алмазів

Дослідники з Хубейського університету, Академії наук Китаю та Ланьчжоуського університету запропонували революційне рішення базової проблеми квантових акумуляторів, інформує 24 Канал з посиланням на Phys.org та дослідження науковців опубліковане в Physical Review Letters.

Що варто розуміти?

Квантові батареї (QB) – це перспективні пристрої для зберігання енергії, які можуть стати альтернативою класичним акумуляторам. Вони використовують принципи квантової механіки, такі як заплутаність і суперпозиція, щоб забезпечити швидше заряджання та більшу кількість енергії, яку можна отримати.

Однак їхній розвиток стримується проблемою декогеренції – втрати квантових властивостей через взаємодію з довкіллям, що призводить до саморозряду, тобто спонтанного вивільнення енергії.

Важливо розуміти, що квантова батарея – це не звичайний акумулятор, а пристрій, який працює на основі поведінки частинок на атомному рівні. Заплутаність означає, що частинки в батареї можуть бути пов'язані між собою незалежно від відстані, а суперпозиція дозволяє їм перебувати в кількох станах одночасно, що теоретично підвищує ефективність зберігання енергії.

Як цю проблему вирішили науковці?

Вони розробили квантову батарею, яка використовує азотно-вакансійний центр (NV-центр) в алмазі як середовище для зберігання енергії.

NV-центр – це дефект у структурі алмазу, де два сусідні атоми вуглецю замінені на атом азоту та вакансію (порожнє місце). Цей дефект має унікальні властивості, які дозволяють зменшити саморозряд без зовнішнього втручання.

Унікальність нового підходу полягає в тому, що NV-центр в алмазі має специфічну взаємодію між електронним спіном і ядром атома азоту, що дозволяє оптимізувати співвідношення між когерентною (стабільною) та некогерентною (менш стабільною) енергією, яка зберігається.

Це зменшує швидкість саморозряду і водночас максимізує кількість енергії, яку можна використати. Попередні тести показали, що така батарея значно стійкіша до декогеренції порівняно з іншими прототипами.

Чому це важливе відкриття?

Цей прорив не лише вирішує одну з ключових проблем квантових батарей, а й створює платформу для експериментів з відкритими квантовими системами. У майбутньому дослідники планують розробити моделі батарей із багатьма елементами, які могли б використовувати переваги квантової заплутаності для ще більшої потужності та ємності.

Такі технології можуть знайти застосування в квантових комп'ютерах, енергоефективних пристроях і навіть у побутовій електроніці, хоча до практичного впровадження ще далеко.

Науковці невпинно працюють над розвитком квантових технологій. Наприклад нещодавно групі учених вдалося створити "магічні стани", які зроблять квантові обчислення корисними, оскільки це може призвести до створення безпомилкових квантових комп'ютерів.