Ученые смогли зарядить квантовую батарею, нарушив правила физики: как им это удалось

Исследователи из Токийского университета и Пекинского научно-исследовательского центра вычислительной техники совершили прорыв в разработке и эксплуатации квантовых батарей. Подробности были опубликованы на сайте Токийского университета.

Квантовые батареи пока еще не используются в работе реальных устройств, но с их помощью ученые могут произвести настоящую революцию в областях, требующих маломощных и портативных источников энергии. Иными словами, их можно будет установить на мобильную технику, датчики, электромобили. В отличие от аккумуляторов, использующих литий, квантовые аналоги работают на базе атомов или фотонов, находящихся в квантовых состояниях.

Ученые под руководством аспиранта Юаньбо Чена и доцента Есихико Хасэгавы с факультета информатики и коммуникационной инженерии Токийского университета исследовали, как наиболее эффективно заряжать квантовую батарею. Они использовали оптические устройства, — лазеры и зеркала, — для управления квантовыми состояниями частиц в батарее. Ключевую роль сыграл квантовый эффект неопределенного причинного порядка (indefinite causal order — ICO), который позволяет событиям происходить в суперпозиции разных временных порядков. Например, событие A может вызвать событие B, а событие B может вызвать событие A — и все это одновременно. Это невозможно в мире классической физики, где причинность следует четкому и фиксированному направлению.

Аккумулятор, работающий на основе ICO, имел повышенные показатели емкости и энергоэффективности. Заряд меньшей мощности смог обеспечить больше энергии и лучшую производительность, чем заряд высокой мощности при тех же условиях. По словам аспиранта Чена, посредством ICO его группа исследователей смогла на практике зарядить аккумулятор, состоящий из квантовых частиц. В ходе тестирования, они отметили значительное увеличение накопленной энергии и повышение термического КПД. Они также обнаружили, что зарядное устройство меньшей мощности потенциально может обеспечивать более высокую энергию с большей эффективностью по сравнению с зарядным устройством большей мощности, использующим то же устройство, что стало неожиданным открытием.

Способность ICO манипулировать теплообменом в квантовых системах может произвести революцию в улавливании солнечной энергии. Солнечные панели, как известно, теряют эффективность из-за тепловых потерь, но использование ICO может снизить эти потери, что приведет к значительному увеличению выработки энергии.

Ранее мы сообщали о том, что инженеры из MIT работают над созданием энергохранилища, которое будет накапливать солнечную энергию за счет технологии теплообмена.