Pesquisadores do Instituto de Ciências Básicas da Coreia do Sul em colaboração com Giuliano Benenti do
Um micromaser é um sistema no qualum feixe de átomos é usado para bombear fótons para a cavidade. Simplificando, um micromaser pode ser pensado como uma configuração de espelho de um modelo experimental de bateria quântica: a energia é armazenada em um campo eletromagnético, que é carregado por um fluxo de qubits interagindo sequencialmente com ele. Pesquisadores coreanos e italianos demonstraram que os micromasers possuem propriedades que os tornam modelos ideais para baterias quânticas.
Um dos principais problemas com o usoO campo eletromagnético para armazenamento de energia é que absorve uma enorme quantidade de energia, mais do que o necessário. É como a bateria de um telefone que, quando conectado à rede, carrega indefinidamente. Nesse caso, esquecer que o smartphone está conectado à rede é muito perigoso, não existe nenhum mecanismo que interrompa o processo.
Dois exemplos de "telefones quânticos", ambos carregandobaterias quânticas baseadas em campos eletromagnéticos. Esquerda: O protocolo de carregamento sem usar um micromaser leva a um carregamento descontrolado da bateria com possíveis danos. Direita: Um protocolo de carregamento baseado em micromaser é capaz de controlar independentemente a quantidade de carga colocada em um telefone quântico. Crédito: Instituto de Ciências Básicas
No entanto, os resultados numéricos dos cientistas mostraram queEsta situação é impossível em micromasers. O campo eletromagnético atinge rapidamente uma configuração final (tecnicamente chamada de estado estacionário), cuja energia é determinada a priori quando o micromaser é construído. Esta propriedade fornece proteção contra os riscos de sobrecarga.
Os cientistas também descobriram que o finalA configuração do campo eletromagnético está em estado puro. Isso significa que ele não “traz” a memória dos qubits que foram usados durante o carregamento. A última propriedade é especialmente importante ao trabalhar com uma bateria quântica. Isso garante que toda a sua energia possa ser extraída e usada quando necessário. Não há necessidade de rastrear qubits usados no processo de carregamento.
Anteriormente, pesquisadores do Centro de Estudos Teóricosfísicos de sistemas complexos na Coreia do Sul estabeleceram limites rígidos para o possível desempenho de carregamento de uma bateria quântica. Em particular, mostraram que um conjunto de baterias quânticas levará a um aumento significativo na velocidade de carregamento. Principalmente quando comparado com o protocolo clássico. Isso é possível graças aos efeitos quânticos que permitem que os elementos das baterias quânticas sejam carregados simultaneamente.
Apesar desses avanços teóricos,Ainda existem poucas implementações experimentais de baterias quânticas. O único contra-exemplo recente conhecido usou um conjunto de sistemas de dois níveis (muito parecidos com qubits) para armazenar energia. Neste caso, a energia foi fornecida por um campo eletromagnético (laser).
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Foto da capa: Rosser1954, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons