فیزیکدانان در پژوهش تازه‌ای و به‌طور نظری نشان داده‌اند وقتی باتری‌های در مقیاس نانو با یکدیگر جفت می‌شوند، می‌توانند سریع‌تر از حالت جداگانه، شارژ شوند. این بهبود کوانتومی ناشی از پدیده‌های کوانتومی مشارکتی است و ریشه در ترمودینامیک کوانتومی دارد؛ اینجا به جای باتری‌های معمولی، با باتری های کوانتومی مواجهیم. دانشمندان در این مقاله نشان داده اند اثرات کوانتومی چگونه بر قوانین سنتی حاکم بر انرژی و کار تاثیر می‌گذارند. نتیجه‌ی این پژوهش در تازه‌ترین شماره مجله Physical Review Letters منتشر شده است. با دیپ لوک همراه باشید…
اگرچه تحقیقات زیادی در مورد تاثیر پدیده‌های کوانتومی بر بهبود پردازش اطلاعات (مانند محاسبات یا ارتباط امن) انجام شده، اما برعکس، پژوهش‌های اندکی در زمینه اثرات کوانتومی در ترمودینامیک وجود دارد. حالا محققان نشان داده‌اند که درهم تنیدگی کوانتومی می‌تواند باعث استخراج کار بیشتر از دستگاه‌های ذخیره انرژی در مقیاس نانو (یا همان باتری های کوانتومی) شود. از طرفی آنها دریافتند پدیده‌های کوانتومی می‌توانند قدرت شارژ این باتری های کوانتومی را افزایش دهند و این فرآیند، لزوما به درهم تنیدگی نیاز ندارد، اگرچه به اَعمالی نیاز دارد که پتانسیل تولید حالت‌های درهم تنیده را دارند. آنها می‌گویند:
کار ما نشان می‌دهد که اَعمال درهم تنیدگی، چگونه برای بهبود قدرت شارژ باتری های کوانتومی چند جسمی، لازم است. به علاوه ما نشان داده‌ایم برای باتری‌های به طور موضعی جفت شده، این بهبود کوانتومی متناسب با تعداد باتری‌های برهمکنش‌کننده است.
البته باید توجه کنیم که این بهبود کوانتومی هم، مثل تمام پدیده‌های دیگر کوانتومی، دارای محدودیت‌هایی است. فیزیکدانان، حد بالایی را برای سرعت شارژ یک مجموعه باتری های کوانتومی پیدا کرده‌اند. آنها نشان داده‌اند که در باتری‌های به طور موضعی جفت‌شده، این بهبود کوانتومی با افزایش تعداد باتری‌های برهمکنش‌کننده، افزایش می‌یابد. این حد با توجه به محدودیتی که برای سرعت کوانتومی وجود دارد، تعیین می‌شود، درست مانند سرعت بیشینه‌ی فرآیندهای کوانتومی (مثل سرعت محاسبات در یک کامیپوتر کوانتومی)، با این تفاوت که اینجا با فرآیندهای ترمودینامیکی سروکار داریم.
به طور کلی، نتایج این پژوهش می‌تواند منجر به توسعه‌ی روش‌هایی برای بهبود فرآیندهای شارژ انرژی در مقیاس نانو و همچنین درک بهتر چگونگی ارتباط نظریه کوانتومی و ترمودینامیک به یکدیگر شود. دانشمندان می‌گویند:
نتیجه پژوهش ما می‌تواند باعث شارژ بهینه دستگاه‌های مقیاس نانو شود. دستگاه‌هایی که متکی بر باتری‌هایی هستند که متشکل از چند سیستم کوانتومی مانند کیوبیت، یون یا اتم هستند. برنامه آینده‌ی ما، پیدا کردن حد بالایی دقیق‌تری برای این بهبود کوانتومی براساس برهمکنش‌های بین چند جسم است. از طرفی ما دوست داریم درکی تجربی از بهبود کوانتومی یادشده بدست آوریم.
مقاله اصلی را در زیر مطالعه کنید:
[gview file=”http://www.deeplook.ir/wp-content/uploads/2017/05/PhysRevLett.118.150601.pdf” profile=”3″ save=”1″]
