Onderzoekers van het Institute of Basic Sciences in Zuid-Korea in samenwerking met Giuliano Benenti uit
Een micromaser is een systeem waarineen bundel atomen wordt gebruikt om fotonen in de holte te pompen. Simpel gezegd kan een micromaser worden gezien als een spiegelconfiguratie van een experimenteel kwantumbatterijmodel: energie wordt opgeslagen in een elektromagnetisch veld, dat wordt opgeladen door een stroom qubits die er sequentieel mee interageren. Koreaanse en Italiaanse onderzoekers hebben aangetoond dat micromasers eigenschappen hebben die ze tot ideale modellen voor kwantumbatterijen maken.
Een van de grootste problemen bij het gebruikHet elektromagnetische veld voor energieopslag is dat het een enorme hoeveelheid energie absorbeert, meer dan nodig is. Het is als een telefoonbatterij die, wanneer verbonden met het netwerk, eindeloos oplaadt. In dit geval is het erg gevaarlijk om te vergeten dat de smartphone met het netwerk is verbonden; er is geen mechanisme dat het proces kan stoppen.
Twee voorbeelden van "kwantumtelefoons", beide opladenkwantumbatterijen op basis van elektromagnetische velden. Links: Oplaadprotocol zonder gebruik van een micromaser leidt tot ongecontroleerd opladen van de batterij met mogelijke schade. Rechts: een op micromaser gebaseerd oplaadprotocol is in staat om onafhankelijk de hoeveelheid lading in een kwantumtelefoon te regelen. Krediet: Instituut voor Basiswetenschappen
De numerieke resultaten van de wetenschappers lieten dat echter zienDeze situatie is onmogelijk bij micromasers. Het elektromagnetische veld bereikt snel een uiteindelijke configuratie (technisch een stabiele toestand genoemd), waarvan de energie a priori wordt bepaald wanneer de micromaser wordt gebouwd. Deze eigenschap biedt bescherming tegen de risico's van overladen.
Wetenschappers ontdekten ook dat de finaleDe configuratie van het elektromagnetische veld bevindt zich in een zuivere staat. Dit betekent dat het het geheugen van de qubits die tijdens het opladen zijn gebruikt niet “meeneemt”. Vooral deze laatste eigenschap is van belang bij het werken met een kwantumbatterij. Dit zorgt ervoor dat al zijn energie kan worden gewonnen en gebruikt wanneer dat nodig is. Het is niet nodig om de qubits die in het laadproces worden gebruikt, te volgen.
Eerder onderzoekers van het Centrum voor Theoretischenatuurkundigen van complexe systemen in Zuid-Korea hebben strenge grenzen gesteld aan de mogelijke oplaadprestaties van een kwantumbatterij. Ze lieten met name zien dat een set kwantumbatterijen tot een aanzienlijke toename van de laadsnelheid zal leiden. Vooral als je het vergelijkt met het klassieke protocol. Dit is mogelijk dankzij kwantumeffecten waarmee de elementen van kwantumbatterijen tegelijkertijd kunnen worden opgeladen.
Ondanks deze theoretische vooruitgangEr zijn nog steeds weinig experimentele implementaties van kwantumbatterijen. Het enige recent bekende tegenvoorbeeld gebruikte een reeks systemen met twee niveaus (net als qubits) om energie op te slaan. In dit geval werd de energie geleverd door een elektromagnetisch veld (laser).
Lees verder:
Крупнейшая миграция в истории Земли затронет все живые организмы на планете
Astrofotografen hebben een gedetailleerde foto van de maan verzameld uit 200 duizend afbeeldingen
Bijna de helft van de gevallen van kanker gekoppeld aan vermijdbare risicofactoren
Omslagfoto: Rosser1954, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons