Квантовая батарея достигает теоретического предела скорости и служит гораздо дольше

Энергия

Редакция сайта «Технологические инновации» — 14 июля 2025 г.

Квантовая батарея, созданная командой, уже способна удерживать энергию в течение нескольких микросекунд. [Изображение: RMIT]

Долголетие

Австралийские ученые разработали метод, который обещает значительно продлить срок службы квантовых батарей — в 1000 раз дольше, чем в предыдущих демонстрациях.

В отличие от традиционных аккумуляторов, где для хранения энергии используются химические реакции, квантовые аккумуляторы используют явление суперпозиции и взаимодействие электронов и фотонов. Они могут заряжаться быстрее и потенциально обладать большей ёмкостью.

«Хотя мы охватили лишь малую часть проблемы, наше устройство уже гораздо лучше справляется с хранением энергии, чем его предшественник», — заявил Дэниел Тиббен из Королевского королевского технологического института.

Предыдущие прототипы квантовых батарей демонстрировали впечатляющую скорость зарядки, но испытывали трудности с сохранением мощности, демонстрируя чрезмерно быструю скорость разрядки, теряя энергию почти так же быстро, как и заряжаясь.

Теперь группа создала и изучила пять устройств, которые работали лучше всего, когда два определенных уровня энергии идеально совпадали, что позволяло более эффективно хранить энергию.

Самый эффективный прототип сохранял энергию в 1000 раз дольше, чем предыдущий, увеличив время удержания энергии с наносекунд до микросекунд. Хотя это может показаться не таким уж долгим сроком, результат подтверждает концепцию и закладывает прочную основу для будущих исследований.

«Хотя разработка функциональной квантовой батареи может занять некоторое время, это экспериментальное исследование позволило нам разработать устройства следующего поколения», — сказал профессор Даниэль Гомес. «Мы надеемся, что квантовые батареи когда-нибудь смогут быть использованы для повышения эффективности солнечных элементов и питания небольших электронных устройств».

Наглядное изображение квантовой батареи. [Изображение: Пизанский университет]

Квантовое преимущество

Джан Андолина и его коллеги из Пизанского университета в Италии добились прогресса в другом аспекте технологии квантовых аккумуляторов: скорости.

Команда разработала новую модель аккумулятора, которая удивительно проста, но при этом может обеспечить настоящее « квантовое преимущество » по сравнению с классической аналоговой батареей. Новая модель достигла так называемого квантового предела скорости — максимальной скорости, теоретически достижимой для системы, управляемой квантовой механикой.

«В последние годы некоторые из авторов настоящей работы предложили модель, демонстрирующую это квантовое преимущество: модель Сачдева-Йе-Китаева (SYK). Однако эта модель чрезвычайно сложна как экспериментально (из-за многочастичных взаимодействий), так и теоретически, поскольку её анализ вызывает большие трудности», — сказала профессор Виттория Станционе.

Затем группа приступила к упрощению, стремясь создать максимально простую квантовую батарею, которая при этом сохраняла бы квантовое преимущество с точки зрения мощности зарядки.

«Наша модель состоит из двух связанных гармонических осцилляторов: один действует как „зарядное устройство“, а другой — как „батарея“», — пояснил Станционе. «Ключевым фактором, обеспечивающим квантовое преимущество, является ангармоническое взаимодействие [возвращающая сила не пропорциональна смещению осциллятора] между двумя осцилляторами в процессе зарядки. Эта ангармоническая связь позволяет системе получать доступ к неклассическим запутанным состояниям, которые фактически создают „кратчайший путь“ в гильбертовом пространстве [обобщение концепции евклидова пространства на n измерений], что позволяет передавать энергию быстрее, чем в классической динамике».

Модель итальянских исследователей пока носит чисто теоретический характер, хотя группа описывает возможность ее экспериментальной реализации с использованием сверхпроводящих цепей — электрических цепей из материалов, обладающих нулевым сопротивлением при очень низких температурах, аналогичных тем, которые используются в качестве кубитов в квантовых компьютерах.

Другие новости о:

Больше тем