Hoewel de batterijen de laatste tijd zijn verbeterd, in hun kern werken de batterijen van vandaag nog steeds op dezelfde elektrochemische basisprincipes die zijn ontwikkeld in de 18 ^e en 19 ^e eeuwen. Sommige natuurkundigen vragen zich nu af of kwantumverschijnselen een revolutie teweeg kunnen brengen in de conventionele batterijchemie en kunnen leiden tot de ontwikkeling van een geheel nieuwe klasse van potentieel krachtigere batterijen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , natuurkundigen Dario Ferraro en co-auteurs van het Italiaanse Instituut voor Technologie in Genua, Italië, hebben theoretisch een kwantumversnelling aangetoond voor de oplaadtijd van kwantumbatterijen, naar analogie met de kwantumversnelling die eerder is aangetoond voor informatieverwerking in kwantumcomputing.

"We hebben laten zien dat zelfs in een eenvoudig maar realistisch model, het laadvermogen kan aanzienlijk worden verbeterd door de regels van de kwantummechanica goed te benutten, " vertelde Ferraro Phys.org . "Quantum batterijen, eenmaal experimenteel gerealiseerd, kan worden gebruikt in contexten waar de snelheid van het laad-/ontlaadproces cruciaal is. Als mogelijke toepassing men kan zich de realisatie van voedingen op nanoschaal voorstellen om geminiaturiseerde apparaten direct ter plaatse van energie te voorzien."

In hun werk, de natuurkundigen toonden aan dat het verstrengelen van de eenheden van een kwantumbatterij, en dan alle eenheden koppelen aan dezelfde kwantumenergiebron, resulteert in een kwantum collectieve verbetering van het laadvermogen in vergelijking met het geval waarin de eenheden afzonderlijk worden opgeladen, parallel. De verbetering neemt toe naarmate het aantal eenheden toeneemt (in het bijzonder, wanneer een kwantumbatterij bestaat uit N eenheden, het kwantumvoordeel schaalt als de vierkantswortel van N ).

De onderzoekers schrijven de snellere oplaadtijd toe aan de kwantumverstrengeling tussen de eenheden. Ze leggen uit dat de eenheden allemaal zijn gekoppeld aan een gemeenschappelijke gekwantiseerde elektromagnetische modus, en fotonen uit de energiebron zorgen voor een langeafstandsinteractie tussen eenheden, verstrengeling tussen hen veroorzaken.

Het werk bouwt voort op eerdere abstracte ideeën over het versnellen van de oplaadtijd van kwantumbatterijen door collectief opladen, deze concepten concreter te maken en op experimenteel haalbare gronden te plaatsen. De onderzoekers verwachten dat het voorgestelde systeem experimenteel kan worden gerealiseerd met de huidige state-of-the-art technologie, zoals supergeleidende qubits, kwantum stippen, of fotonische kristallen, onder andere mogelijkheden.

"Ons werk is gericht op het creëren van een brug tussen abstracte wiskundige fysica-stellingen en daadwerkelijke experimentele implementatie van kwantumbatterijen, ' zei Ferraro.

Bij toekomstig werk, de onderzoekers zijn ook van plan om een ​​andere interessante uitkomst van de nieuwe studie te onderzoeken, dat is het bestaan ​​van een afweging tussen het laadvermogen van de kwantumbatterij en de energieopslagcapaciteit.

© 2018 Fys.org