韓国の基礎科学研究所の研究者と、ジュリアーノ・ベネンティ氏の共同研究
マイクロメーザーとは、原子ビームを使用して光子をキャビティに送り込みます。簡単に言えば、マイクロメーザーは実験的な量子電池モデルのミラー構成と考えることができます。エネルギーは電磁場に保存され、電磁場と順次相互作用する量子ビットの流れによって充電されます。韓国とイタリアの研究者は、マイクロメーザーが量子電池の理想的なモデルとなる特性を備えていることを示した。
使用上の主な問題の 1 つは、エネルギー貯蔵のための電磁場は、必要以上に膨大な量のエネルギーを吸収するということです。これは、ネットワークに接続すると際限なく充電される携帯電話のバッテリーのようなものです。この場合、スマートフォンがネットワークに接続されていることを忘れることは非常に危険であり、プロセスを停止するメカニズムはありません。
「量子電話」の 2 つの例、どちらも充電中電磁場に基づく量子電池。左: マイクロメーザーを使用しない充電プロトコルでは、バッテリーが制御されずに充電され、損傷する可能性があります。右: マイクロメーザー ベースの充電プロトコルは、量子電話に投入される充電量を個別に制御できます。クレジット: 基礎科学研究所
しかし、科学者の数値結果は次のことを示しました。マイクロメーザーではこの状況はあり得ません。電磁場はすぐに最終構成 (専門的には定常状態と呼ばれます) に達し、そのエネルギーはマイクロメーザーの構築時にアプリオリに決定されます。この特性により、過充電のリスクに対する保護が提供されます。
科学者たちはまた、最終的な電磁場の構成は純粋な状態にあります。これは、充電中に使用された量子ビットのメモリを「持ち込まない」ことを意味します。最後の特性は、量子電池を扱う場合に特に重要です。これにより、必要なときにすべてのエネルギーを抽出して使用できるようになります。充電プロセスで使用される量子ビットを追跡する必要はありません。
以前は、理論センターの研究者が韓国の複雑系物理学者は、量子電池の可能な充電性能に厳しい制限を設けています。特に、一連の量子電池が充電速度の大幅な向上につながることを示しました。特に古典的なプロトコルと比較した場合。これは、量子電池の要素を同時に充電できる量子効果のおかげで可能になります。
このような理論的な進歩にもかかわらず、量子電池の実験的実装はまだほとんどありません。最近知られた唯一の反例は、エネルギーを蓄積するために一連の 2 準位システム (量子ビットによく似た) を使用しました。この場合、エネルギーは電磁場 (レーザー) によって提供されました。
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カバー写真: Rosser1954、CC BY-SA 4.0、Wikimedia Commons 経由