W fizyce kwantowej nasze zasady doświadczania świata niekoniecznie mają zastosowanie, co może być wykorzystane do… ładowania baterii kwantowych.
Przyczynowość jest kluczem do naszego doświadczenia rzeczywistości: na przykład upuszczenie szklanki powoduje jej rozbicie, więc nie może się rozbić, zanim zostanie upuszczona. Jednak w świecie kwantowym te zasady niekoniecznie mają zastosowanie, a naukowcy dowiedli teraz, jak można wykorzystać tę osobliwość do ładowania baterii kwantowej.
W pewnym sensie można powiedzieć, że baterie kwantowe zasilane są paradoksami. Na papierze działają poprzez magazynowanie energii w stanach kwantowych atomów i cząsteczek – ale oczywiście, gdy tylko słowo „kwant” pojawia się w rozmowie, wiedz, że wydarzy się coś dziwnego. W tym przypadku nowe badanie wykazało, że baterie kwantowe mogą działać, naruszając znany nam związek przyczynowo-skutkowy.
Obecne baterie do urządzeń o niskim poborze mocy, takich jak smartfony czy czujniki, do przechowywania ładunku zazwyczaj wykorzystują substancje chemiczne, takie jak lit, podczas gdy bateria kwantowa wykorzystuje mikroskopijne cząstki, takie jak układy atomów. Podczas gdy baterie chemiczne rządzą się klasycznymi prawami fizyki, mikroskopijne cząstki mają naturę kwantową, więc mamy szansę zbadać sposoby ich wykorzystania, które wypaczają, a nawet łamią nasze intuicyjne wyobrażenia o tym, co dzieje się w małych skalach. Szczególnie interesuje mnie sposób, w jaki cząstki kwantowe mogą naruszać jedno z naszych najbardziej podstawowych doświadczeń, czyli czas.
– powiedział autor badania Yuanbo Chen
W fizyce klasycznej – takiej, jakiej doświadczamy w świecie wielkiej skali – przyczynowość jest wyraźnie liniowa. Wracając do wcześniejszej analogii, upuszczenie szklanki (zdarzenie A) powoduje jej rozbicie (zdarzenie B), ale nie da się odwrócić związku pomiędzy tymi dwoma zdarzeniami — szkło nie spadło, bo zostało rozbite. Ale w przerażającej sferze fizyki kwantowej to ograniczenie nie musi mieć zastosowania. Wykorzystanie tego paradoksu w baterii kwantowej może pomóc w zwiększeniu jej wydajności.
W nowym badaniu naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego przeprowadzili eksperyment laboratoryjny z wykorzystaniem laserów, soczewek i luster, które działają jak wielkoskalowa bateria kwantowa. Ładowanie tych akumulatorów zwykle wymaga wielu etapów ładowania, które działają jeden po drugim, ale w tym przypadku zespół wykorzystał efekt kwantowy zwany nieokreślonym porządkiem przyczynowym (ICO, ang. Indefinite Causal Order).
Zasadniczo, gdy już doprowadzą system do superpozycji kwantowej, porządek przyczynowy może istnieć w obu kierunkach jednocześnie, umożliwiając współpracę wielu etapów ładowania, a nie sekwencyjność.
Stwierdzono, że baterie kwantowe wykazują odwrotny efekt interakcji, gdzie słabsze źródło zasilania jest w stanie lepiej naładować baterię, co poprawia ich wydajność 2023 Chen i in. CC-BY-ND 4.0
„Dzięki ICO pokazaliśmy, że sposób ładowania baterii złożonej z cząstek kwantowych może drastycznie wpłynąć na jej wydajność” – powiedział Chen. „Zaobserwowaliśmy ogromny wzrost zarówno energii zmagazynowanej w systemie, jak i sprawności cieplnej. I nieco wbrew intuicji odkryliśmy zaskakujący efekt interakcji, który jest odwrotnością tego, czego można się spodziewać: ładowarka o niższej mocy może zapewnić wyższą energię z większą wydajnością niż ładowarka o wyższej mocy dla tego samego urządzenia.
Dla większości ludzi może to być trudne do zrozumienia, ale baterie kwantowe mogą pewnego dnia stać się rzeczywistością. Obecnie istnieją one jedynie w formie eksperymentów laboratoryjnych, ale naukowcy powoli testują różne ich aspekty, a ostatecznym celem jest znalezienie sposobu na połączenie różnych elementów w działającą całość.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Physical Review Letters.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: University of Tokyo | New Atlas
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.