یک ایده ی جذاب دیگر به کمک کوانتوم: کوانتاسل، یک باتری کوانتومی با قابلیت شارژ سریع!

امروزه باتری ها در حیات دیوایس های الکترونیکی، نقش مهمی را ایفا می کنند.این باتری ها نیاز به شارژ دارند و حالا محققان به کمک باتری کوانتومی راهی برای شارژ سریع یافته اند. با دیپ لوک همراه باشید…چند روز پیش که در ماهنامه ی GSM، مقاله ی مفصلی درباره ی شارژ بیسیم و استاندارهایش (Qi و PMA، Rezence و …) می نوشتم، یکی از مشکلات اصلی آن را شارژ آهسته ی باتری معرفی کردم. اما سرعت پیشرفت علم آنقدر زیاد است که چند روز بعد به این مقاله برخوردم: یک ایده ی جالب برای شارژ سریع باتری به کمک کوانتوم . فیزیکدانان دانشگاه آکسفورد، این مقاله را که در مورد نوعی باتری کوانتومی به نام کوانتاسل است، در ژورنال New Journal of Physics منتشر کردند. آنها نشان داده اند که از نظر تئوری، این باتری کوانتومی می تواند با سرعت بسیار بیشتری نسبت به باتری های سنتی شارژ شود. مسلماً اگر این ایده عملی شود، می تواند کمک بسیار بزرگی به گجت های الکترونیکی کند. اما این افزایش سرعت از کجا ناشی می شود؟ یک سیستم کوانتومی (مثلاً یک کیوبیت) می تواند انرژی را در حالت های مختلف کوانتومی ذخیره کند ، این حالات دچار درهم تنیدگی کوانتومی شده و در نتیجه سرعت شارژ را افزایش می دهند. در واقع با این کار، بین حالتهای شارژ شده و شارژ نشده ی کیوبیت ها، یک راه میانبر ایجاد شده و سرعت افزایش می یابد.

یکی از موضوعات جالب توجه برای محققان، پاسخ به این سوال است که آیا فیزیک کوانتومی می تواند باعث تسریع فرآیندهای ترمودینامیکی (مطالعه ی کار و گرمای انواع تبدیل ها) شود؟ نویسندگان این مقاله با یک مثال ساده ثابت می کنند که پاسخ این سوال مثبت است و به کمک فیزیک کوانتوم می توان مدت زمان یک فرآیند را به طور قابل توجهی کاهش داد و خصلتی که این امر را میسر می کند، درهم تنیدگی کوانتومی است.

دانشمندان ثابت کرده اند که یک باتری کوانتومی ساخته شده از کیوبیت ها می تواند در اَشکال مختلف فیزیکی مانند یون، اتمهای خنثی، فوتون ها و … وجود داشته باشد. همانطور که میدانید تفاوت اصلی کیوبیت ها با بیت های امروزی، این است که علاوه بر دو حالت صفر یا یک، می توانند به طور همزمان دارای هر دو حالت صفر و یک باشند. این کیوبیت ها در یک باتری کوانتومی می توانند در حالت سطوح انرژی متفاوتی قرار بگیرند. شارژ کردن یک باتری کوانتومی به معنای انتقال یک کیوبیت از یک سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر می باشد و برعکس، حالت دشارژ باتری به معنای انتقال یک کیوبیت از حالت با انرژی بالاتر به حالت انرژی پایین تر است. دانشمندان این کیوبیت های ویژه را کیوبیت های کار یا به طور ساده تر، ویتس (wits) می نامند، زیرا آنها انرژی لازم برای انجام کار را ذخیره و تامین می کنند.

کره ی بالا، مخروط حالاتی که به ماکسیمم توان (یعنی زمان شارژ سریع تر ) می رسند را نشان می دهد. کم شدن مدت زمان فرآیند شارژ به این دلیل است که فاصله ی بین دو حالت محتلف با درهم تنیدگی، کاهش می یابد. بنابراین اگر با رخ دادن درهم تنیدگی، سرعت افزایش یابد، باید کاری کنیم که میزان این درهم تنیدگی ها بیشتر شده و سرعت بالا و بالاتر رود! زمان شارژ متناسب با معکوس تعداد کیوبیت ها است. بنابراین از لحاظ  نظری، اگر برای شارژ یک کیوبیت نیاز به یک ساعت زمان باشد، شش کیوبیت را می توان در ده دقیقه شارژ کرد. البته برهمکنش های سیستم کوانتومی با محیط اطراف می تواند اثرات کوانتومی را تخریب کرده و باعث ایجاد ناهمدوسی شود. در کنار ناهمدوسی، یکی دیگر از موانعی که برای استفاده ی باتری های کوانتومی در زندگی واقعی وجود دارد این است که میزان انرژی ذخیره شده توسط آنها برای نیازهای انرژی امروزی (مثلاً گوشی های موبایل یا وسایل نقلیه ی الکتریکی) بسیار اندک است.

یکی از سوال هایی که ذهن دانشمندان را همچنان به خود مشغول کرده، این است که آیا دید ترمودینامیکی در مورد آزمایش های کوانتومی سیستم هایی مثل یون ها، اتم های سرد و خنثی (برای مثال یک شبکه ی نوری)، سیستم های ماده ی چگال، (برای مثال کیوبیت های ابررسانا و الکترودینامیک های کوانتومی مدار) یا نور مفید خواهد بود؟ نظر شما چیست؟

منبع: phys.org

برای دریافت تازه ترین مقالت دیپ لوک، ایمیل خود را در فیلد زیر وارد کنید: [wysija_form id=”1″]