Οι μπαταρίες που βασίζονται στην κυματοειδή φύση των φορτισμένων σωματιδίων, κοινώς μια τεχνολογία κβαντικής μπαταρίας, θα μπορούσε να φέρει την επανάσταση στην αποθήκευση ρεύματος, καθώς μπορούν δυνητικά να χωρέσουν μεγαλύτερα ποσά ενέργειας, φορτίσουν πολύ ταχύτερα, σε σχέση με τις συμβατικές ηλεκτροχημικές κυψέλες που χρησιμοποιούμε σήμερα.
Μια ομάδα φυσικών από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Cheng Kung, της Ταϊβάν, ανέπτυξε ένα νέο πρωτόκολλο που θα μπορούσε να μετατρέψει τις βασικές αρχές της ταχείας φόρτισης μιας κβαντικής μπαταρίας, σε ένα πρακτικό σύστημα, ενώ ταυτόχρονα αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια. Οι ταχύτητες φόρτισης είναι πρωτοφανείς, αλλάζοντας για πάντα τις συσκευές που θα τις χρησιμοποιούν.
Η πρόταση της ομάδας περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός πρωτόκολλου που αξιοποιεί την αρχή της υπέρθεσης της κβαντικής φυσικής. Σε αυτή, τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις. Με αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται η ταχεία και αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας. Αυτό γίνεται με την χρήση ενός παγιδευμένου ιόν σε κατάσταση υπέρθεσης (qubit). Η ομάδα έκανε πειράματα για να αξιολογήσει τις δυνατότητες μεταφοράς ενέργειας του νέου κβαντικού συστήματος.
Θεμελιώδης για την κβαντική φυσική είναι η αρχή ότι όλα τα κομμάτια της ύλης έχουν μια κυματική ταυτότητα που εξαπλώνεται στο χώρο και το χρόνο.
Όσο αντίθετο κι αν είναι με την εμπειρία μας από την πραγματικότητα, αυτά τα κύματα αντιπροσωπεύουν τις ιδιότητες ενός αντικειμένου –είτε είναι ένα ηλεκτρόνιο, ένα μόριο , μια γάτα ή ένας ολόκληρος πλανήτης– ως ένα φάσμα πιθανοτήτων που αναφέρεται ως υπέρθεση του.
Στέλνοντας το ιόν μέσω μιας συσκευής που χώριζε το κύμα του σε δύο δέσμες, η ομάδα συνέκρινε την ικανότητα της μπαταρίας να αποθηκεύει ενέργεια καθώς χωριστά κύματα περνούν από πολλαπλά σημεία εισόδου σε μια ενιαία κοιλότητα και στη συνέχεια σε πολλαπλές κοιλότητες.
Ένα qubit που διέρχεται από έναν διαχωριστή δέσμης εισέρχεται μέσω πολλαπλών τροχιών σε (α) πολλαπλές κοιλότητες «φόρτισης» και (β) σε μια ενιαία κοιλότητα «φόρτισης». (Po-Rong et al., Physical Review Letters , 2024)Ένα qubit που διέρχεται από έναν διαχωριστή δέσμης εισέρχεται μέσω πολλαπλών τροχιών σε (α) πολλαπλές κοιλότητες «φόρτισης» και (β) σε μια ενιαία κοιλότητα «φόρτισης». (Po-Rong et al., Physical Review Letters , 2024)
Οι επιστήμονες είδαν έκπληκτοι πως η υπέρθεση του ιόντος μπορεί να επιτρέψει την αποτελεσματική φόρτιση, όμως η διαφορετικές “πόρτες” προκάλεσαν ένα φαινόμενο παρεμβολής, που θα μπορούσε στην θεωρία να οδηγήσει σε αυτό που αποκαλούμε “φαινόμενο τέλειας φόρτισης”. Αυτό επιτρέπει την πλήρη μετατροπή της αποθηκευμένης ενέργειας για να λειτουργήσει από την κβαντική μπαταρία, από οποιοδήποτε σημείο φόρτισης.
Έδειξαν επίσης τη διαδικασία ως επεκτάσιμη, με το φαινόμενο παρεμβολής να παραμένει ακόμη και όταν στέλνονται περισσότερα από ένα qubit μέσω της κοιλότητας.
Οι επιστήμονες έδειξαν πως η διαδικασία είναι επεκτάσιμη, με το φαινόμενο της παρεμβολής να παραμένει ακόμα και όταν έστελναν περισσότερα από ένα qubit τη φορά.
Πραγματοποιώντας τη διαδικασία στην IBM Quantum Platform και στο κβαντικό υλικό του IonQ , η ομάδα έδειξε μια απόδειξη της ιδέας για το πρωτόκολλό της, δείχνοντας ότι ένα παρόμοιο σύστημα θα μπορούσε να έχει τη δυνατότητα να είναι ένας ενεργειακά αποδοτικός τρόπος ταχείας φόρτισης και εξαγωγής ενέργειας από ένα κβαντικό σύστημα.
Στην θεωρία όλα φαίνεται να δουλεύουν, όμως από την θεωρία στην πράξη έχουμε κάποια εμπόδια να ξεπεράσουμε. Μέχρι να τελειοποιηθεί η τεχνολογία και να αποκτήσουμε τα μέσα για να φτάσουμε σε εμπορικό προϊόν, θα περάσει λίγος χρόνος για μέχρι να μπορούμε να φορτίζουμε τα πάντα σε μια στιγμή.
Το James Webb τράβηξε φωτογραφία το Φεγγάρι του Κρόνου και παίζει κάτι πολύ περίεργο!
Πάντως, το πείραμα δείχνει ξεκάθαρα πως δεν υπάρχει κάτι στους νόμους της φυσικής που να μας απαγορεύει να εκμεταλλευτούμε το κβαντικό τοπίο για την αποθήκευση ενέργίας μεγάλης διάρκειας και ταχείας φόρτισης.
Σε ένα κόσμο που το ενεργειακό είναι ένα από τα βασικά προβλήματα τόσο από άποψη δημιουργίας, τόσο και από αποθήκευσης, μια τέτοια τεχνολογία κβαντικής μπαταρίας θα μας έδινε μεγάλη ώθηση για πιο καθαρή ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές. Ένας αποδοτικός τρόπος αποθήκευσης ενέργειας χωρίς απόβλητα, είναι κάτι που χρειαζόμαστε όσο πιο γρήγορα γίνεται.
Αυτή η έρευνα δημοσιεύτηκε στο Physical Review Research .
Freegr network blog- News about pc, technology.
freegr
