Топологические квантовые батареи решают две основные проблемы
Как физики делают научную фантастику реальностью.
Исследователи из Центра квантового центра Рикена и Университета науки и технологий в Хучхуне представили теоретический анализ, который показывает, как эффективно спроектировать «топологическую квантовую батарею» — многообещающее устройство, которое использует топологические свойства фототлентных вейвлетов и квантовых эффектов двух уровней. Работа была опубликована в письмах с физическим обзором и открывает новые возможности хранения энергии в наномиальной энергии, оптической квантовой связи и распределенных квантовых расчетах.
На фоне растущей глобальной тревоги по поводу экологической сопротивления создание новых систем хранения энергии становится ключевой проблемой. Квантовые батареи — гипотетические миниатюрные устройства, которые, в отличие от классических батарей на основе химических веществ, используют квантовые эффекты, такие как суперпозиция, запутанность и когерентность — обещают качество новое хранение энергии и варианты передачи энергии.
С точки зрения работы, эти батареи потенциально превосходят классические батареи в ряде показателей: они могут обеспечить более высокую зарядную мощность, большую емкость и более эффективную извлечение энергии.
Хотя в последние годы появились многие теоретические квантовые концепции, их практическая реализация еще далеко. Основными препятствиями являются потеря энергии и декогрегации, т.е. Потеря квантовых свойств системы (например, право и суперпозиция) из -за взаимодействия с внешней средой. Эти эффекты приводят к ухудшению производительности и потери энергии, что имеет особое значение для зарядки.
В фототонических системах, использующих обычные (не -напологические) вейвлеты, любые искажения, такие как изгиб волны, приводят к рассеиванию фотонов и резко снижают эффективность накопления энергии. Кроме того, батареи негативно влияют на шум и нарушения в системе, которые вызывают декогезию и снижают их эффективность.
В новом исследовании команда ученых предлагает теоретическую модель и выполняет расчеты, которые решают две ключевые проблемы, которые препятствуют переходу к практическому использованию квантовых батарей. Используя топологические свойства — т.е. Характеристики материалов, которые сохраняются в деформации, изгибе и скручивании — исследователи доказали возможность идеальной удаленной зарядки и защиты от потери энергии.
Неожиданно рассеивание — процесс, который обычно считается вредным для батарей — может временно увеличить мощность зарядки, а не только уменьшить его. Ученые продемонстрировали преимущества топологических квантовых батарей, которые потенциально делают их подходящими для реальных применений. Например, Они смогли достичь почти идеальной передачи энергии из -за топотальных свойств фототтюрной волны.
Кроме того, когда зарядное устройство и батарея расположены в той же точке, система устойчива к потерям энергии в определенной подсистеме. Исследователи также показали: если потери превышают критический уровень, существует краткосрочный скачок в зарядной власти — вопреки общепринятому убеждению, что любые потери всегда вредны.
«Наше исследование дает новый взгляд на проблему с топологической точкой зрения и предлагает способы создания эффективных миниатюрных устройств для хранения энергии. Мы надеемся, что эти результаты помогут преодолеть практические ограничения, связанные с удаленной передачей энергии и потери энергии, и будут подходить к появлению квантовых батарей в реальной технологии», — говорит Гуанг, — ».
«Мы будем продолжать работать, чтобы преодолеть разрыв между теорией и практикой, чтобы мечта о квантовой эре, наконец, стала реальностью», — добавляет глава международной исследовательской группы Ченг Шанг.
