Учені створили квантову батарею нового типу: навіщо вона потрібна і як працює

Група дослідників з Університету Генуї розробила спінову квантову батарею — систему зберігання енергії, що використовує спінові ступені свободи частинок. Про це пише Interesting Engineering.

Акумулятор використовує спінові властивості частинок для зберігання і вивільнення енергії, використовуючи особливий метод зарядки, який усуває необхідність у зовнішньому полі.

Квантові батареї — мініатюрні пристрої, призначені для зберігання енергії з використанням принципів квантової механіки. Вчені розширили своє дослідження спінових квантових батарей до режиму, що включає значно більшу кількість елементів. Це досягнення подолало обмеження, з якими раніше стикалися традиційні підходи до проєктування таких батарей.

Квантова батарея працює шляхом інтеркалювання двох наборів ½-спінів, які є найпростішими можливими квантовими системами. Регулюючи взаємодію між елементами двох ланцюгів, наприклад, зсуваючи один відносно іншого, можна утримувати енергію в квантовій батареї стабільним чином.

Розроблений протокол пропонує кілька переваг порівняно з наявними конструкціями спінових квантових батарей, зокрема, даючи змогу батареї заряджатися без опори на зовнішнє поле.

Крім того, основні результати їхньої роботи включають розробку альтернативного протоколу зарядки для спінових квантових батарей, який спирається на залежну від часу модуляцію одного з внутрішніх параметрів системи, а також можливість вивчення цього протоколу в системі з дуже великою кількістю елементів.

Ця розробка може відкрити нові можливості в дослідженні квантових батарей, включно з потенціалом використання таких систем, як нейтральні атоми, які важливі для великомасштабних квантових комп'ютерів.

Команда протестувала нову конструкцію спінової квантової батареї і протокол зарядки в серії початкових експериментів. Результати виявилися вельми багатообіцяючими, продемонструвавши надійність пропонованого методу зарядки, який не вимагає прецизійної точності для маніпулювання батареєю в реальному часі.

Це дослідження може призвести до розробки більш ефективних і стабільних твердотільних квантових батарей. Спираючись на свою попередню роботу, команда тепер вивчає, як такі чинники, як температура і далекодіючі взаємодії, впливають на процес заряджання різних квантових батарей, включно з моделлю Ізінга. Головна мета — створити загальну структуру, яка може оцінити придатність різних систем для використання в якості квантових батарей.

Раніше фізики наблизилися до створення квантових батарей, що заряджаються від світла. Вони планують зібрати робочий прототип у найближчі 3-5 років.