باتری‌های کوانتومی بر چه اساسی کار میکنند؟

به گزارش مجله خبری نگار،به نوعی می‌توان گفت که باتری‌های کوانتومی با پارادوکس کار می‌کنند. روی کاغذ، آن‌ها با ذخیره انرژی در حالت کوانتومی اتم‌ها و مولکول‌ها کار می‌کنند، اما البته، به محض اینکه کلمه "کوانتومی" وارد مکالمه می‌شود، می‌دانید که چیز‌های عجیب و غریب در حال وقوع است. در این مورد، یک مطالعه جدید نشان داده است که باتری‌های کوانتومی می‌توانند با نقض علت و معلول که ما می‌شناسیم کار کنند.

وانبو چن، نویسنده این مطالعه گفت: باتری‌های فعلی برای دستگاه‌های کم مصرف، مانند تلفن‌های هوشمند یا سنسور‌ها، معمولا از مواد شیمیایی مانند لیتیوم برای ذخیره شارژ استفاده می‌کنند، در حالی که یک باتری کوانتومی از ذرات میکروسکوپی مانند آرایه‌های اتم استفاده می‌کند. در حالی که باتری‌های شیمیایی توسط قوانین کلاسیک فیزیک اداره می‌شوند، ذرات میکروسکوپی در طبیعت کوانتومی هستند بنابراین ما فرصتی برای کشف راه‌هایی برای استفاده از آن‌ها داریم که مفاهیم بصری ما را از آنچه در مقیاس‌های کوچک اتفاق می‌افتد، خم می‌کند یا حتی می‌شکند. من به خصوص به این علاقه مندم که ذرات کوانتومی چگونه می‌توانند یکی از اساسی‌ترین تجربیات ما، یعنی زمان را نقض کنند.

در فیزیک کلاسیک-نوعی که ما در دنیای بزرگ تجربه می‌کنیم علت و معلولیت به وضوح خطی است. برای بازگشت به قیاس قبلی، انداختن یک شیشه (رویداد A) باعث می‌شود که آن را خرد کند (رویداد B)، اما شما نمی‌توانید رابطه بین این دو رویداد را معکوس کنید. شیشه سقوط نکرد، چون شکسته بود، اما در قلمرو ترسناک فیزیک کوانتومی، این محدودیت لازم نیست اعمال شود؛ و پختن این پارادوکس به یک باتری کوانتومی می‌تواند به آن‌ها کمک کند تا کارآمدتر شوند.

در این مطالعه جدید، دانشمندان دانشگاه توکیو آزمایش آزمایشگاهی را با استفاده از لیزر، لنز و آینه انجام دادند که به عنوان یک باتری کوانتومی در مقیاس بزرگ عمل می‌کنند. شارژ این باتری‌ها معمولا به چندین مرحله شارژ نیاز دارد که یکی پس از دیگری کار می‌کنند، اما در اینجا تیم از یک اثر کوانتومی به نام ترتیب علت نامحدود (ICO) استفاده کرد. اساسا هنگامی که آن‌ها سیستم را به یک ترکیب کوانتومی می‌رسانند، ترتیب علت می‌تواند در هر دو جهت در همان زمان وجود داشته باشد و اجازه می‌دهد تا مراحل شارژ چندگانه به جای متوالی با هم کار کنند.

چن گفت: با ICO، ما نشان دادیم که نحوه شارژ باتری متشکل از ذرات کوانتومی می‌تواند به شدت بر عملکرد آن تأثیر بگذارد. ما شاهد دستاورد‌های عظیمی در انرژی ذخیره شده در سیستم و کارایی حرارتی بودیم؛ و تا حدودی خلاف عقل، ما اثر شگفت انگیزی از یک تعامل را کشف کردیم که برعکس چیزی است که شما ممکن است انتظار داشته باشید: یک شارژر با قدرت پایین‌تر می‌تواند انرژی‌های بالاتری را با کارایی بیشتر از یک شارژر با قدرت نسبتا بالاتر با استفاده از همان دستگاه فراهم کند.

شاید برای اکثر مردم سخت باشد که سرشان را به اطراف بکشند، اما باتری‌های کوانتومی می‌توانند روزی واقعیت باشند. در حال حاضر آن‌ها فقط به عنوان آزمایش‌های آزمایشگاهی وجود دارند، اما دانشمندان به آرامی جنبه‌های مختلف آن‌ها را با هدف نهایی کشف چگونگی جمع آوری قطعات مختلف به یک کل کار آزمایش می‌کنند.
این تحقیق در مجله Physical Review Letters منتشر شده است.