Forscher des Institute of Basic Sciences in Südkorea in Zusammenarbeit mit Giuliano Benenti von
Ein Mikromaser ist ein System, in demMithilfe eines Atomstrahls werden Photonen in den Hohlraum gepumpt. Einfach ausgedrückt kann man sich einen Mikromaser als Spiegelkonfiguration eines experimentellen Quantenbatteriemodells vorstellen: Energie wird in einem elektromagnetischen Feld gespeichert, das durch einen Strom von Qubits, die nacheinander mit ihm interagieren, aufgeladen wird. Koreanische und italienische Forscher haben gezeigt, dass Mikromaser Eigenschaften haben, die sie zu idealen Modellen für Quantenbatterien machen.
Eines der Hauptprobleme bei der VerwendungDas elektromagnetische Feld zur Energiespeicherung besteht darin, dass es große Energiemengen absorbiert, mehr als nötig. Es ist wie ein Telefonakku, der endlos aufgeladen wird, wenn er mit dem Netzwerk verbunden ist. In diesem Fall ist es sehr gefährlich zu vergessen, dass das Smartphone mit dem Netzwerk verbunden ist; es gibt keinen Mechanismus, der den Vorgang stoppt.
Zwei Beispiele für "Quantentelefone", die beide aufgeladen werdenQuantenbatterien basierend auf elektromagnetischen Feldern. Links: Ladeprotokoll ohne Mikromaser führt zu unkontrolliertem Laden des Akkus mit möglicher Beschädigung. Rechts: Ein Mikromaser-basiertes Ladeprotokoll ist in der Lage, die Ladungsmenge, die in ein Quantentelefon eingebracht wird, unabhängig zu steuern. Kredit: Institut für Grundlagenwissenschaften
Die numerischen Ergebnisse der Wissenschaftler zeigten dies jedochDiese Situation ist bei Mikromasern unmöglich. Das elektromagnetische Feld erreicht schnell eine endgültige Konfiguration (technisch als stationärer Zustand bezeichnet), deren Energie a priori beim Bau des Mikromasers bestimmt wird. Diese Eigenschaft bietet Schutz vor den Risiken einer Überladung.
Wissenschaftler fanden auch heraus, dass das FinaleDie Konfiguration des elektromagnetischen Feldes liegt in einem reinen Zustand vor. Dies bedeutet, dass der Speicher der Qubits, die während des Ladevorgangs verwendet wurden, nicht „mitgebracht“ wird. Die letzte Eigenschaft ist besonders wichtig, wenn mit einer Quantenbatterie gearbeitet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die gesamte Energie entnommen und bei Bedarf genutzt werden kann. Es besteht keine Notwendigkeit, die beim Ladevorgang verwendeten Qubits zu verfolgen.
Zuvor Forscher des Center for TheoreticalPhysiker komplexer Systeme in Südkorea haben der möglichen Ladeleistung einer Quantenbatterie enge Grenzen gesetzt. Sie zeigten insbesondere, dass ein Satz Quantenbatterien zu einer deutlichen Steigerung der Ladegeschwindigkeit führen wird. Vor allem im Vergleich zum klassischen Protokoll. Dies ist dank Quanteneffekten möglich, die es ermöglichen, die Elemente von Quantenbatterien gleichzeitig aufzuladen.
Trotz dieser theoretischen FortschritteEs gibt noch wenige experimentelle Implementierungen von Quantenbatterien. Das einzige neuere bekannte Gegenbeispiel nutzte eine Reihe von Zwei-Ebenen-Systemen (ähnlich wie Qubits) zur Energiespeicherung. In diesem Fall wurde die Energie durch ein elektromagnetisches Feld (Laser) bereitgestellt.
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Titelfoto: Rosser1954, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons