ترتیب علّی کوانتومی عملکرد باتری های آینده را افزایش می دهد

دانشمندان، از جمله محققان دانشگاه توکیو، در ساخت باتری‌های پیشرفته به نام باتری‌های کوانتومی پیشرفت کرده‌اند. این باتری‌ها از اثرات کوانتومی برای ذخیره و توزیع نیرو استفاده می‌کنند و از قابلیت‌های باتری‌های سنتی در برخی کاربردهای کم مصرف فراتر می‌روند. در مطالعه اخیر خود، محققان مفهومی به نام نظم علّی نامعین (ICO) یا همان indefinite causal order را برای بهبود فرآیند شارژ باتری‌های کوانتومی مورد بررسی قرار دادند.

برخلاف باتری‌های معمولی که به مواد شیمیایی متکی هستند، باتری‌های کوانتومی از ذرات ریز مانند آرایه‌هایی از اتم برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند. محققان به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل یوانبو چن و دانشیار یوشیهیکو هاسگاوا، چگونگی شارژ کارآمد این باتری ها را بررسی کردند. آنها کشف کردند که با استفاده از ICO، جایی که رویدادها می توانند در چندین جهت به طور همزمان رخ دهند، می توانند ذخیره انرژی و کارایی حرارتی باتری ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهند.

این تیم از ابزارهای نوری مانند لیزر و لنزها برای شارژ باتری های کوانتومی استفاده کردند. به جای فرآیند معمول شارژ گام به گام، آنها ICO را اتخاذ کردند که اجازه می‌دهد رویدادها در یک برهم‌نهی اتفاق بیفتند و نظم علت و معلولی معمول را به چالش بکشند. در کمال تعجب، محققان دریافتند که یک شارژر کم مصرف می تواند انرژی و کارایی بیشتری را در مقایسه با یک شارژر با توان بالاتر با استفاده از تجهیزات مشابه، باتری ها را تامین کند.

پیامدهای ICO فراتر از باتری های کوانتومی است. محققان بر این باورند که اصول زیربنایی ICO، از جمله اثر متقابل معکوس مشاهده شده، می تواند سایر وظایف مربوط به انتقال حرارت و ترمودینامیک را بهبود بخشد. به عنوان مثال، پنل‌های خورشیدی می‌توانند به طور بالقوه از ICO با افزایش کارایی خود از طریق کاهش اثرات حرارتی بهره ببرند.

این مطالعه ما را به تحقق راه‌حل‌های انرژی کارآمد و پایدار با استفاده از باتری‌های کوانتومی نزدیک‌تر می‌کند. با استفاده از قدرت ICO، محققان پتانسیل فناوری کوانتومی را برای کاربردهای آینده در دستگاه‌های قابل حمل و وسایل نقلیه الکتریکی باز می‌کنند. این یافته ها بینش های ارزشمندی را در مورد امکانات منحصر به فرد ارائه شده توسط ICO فراهم می کند و راه را برای پیشرفت های بیشتر در ذخیره سازی انرژی کوانتومی و زمینه های مرتبط هموار می کند.

منبع 

Charging Quantum Batteries via Indefinite Causal Order: Theory and Experiment, Physical Review Letters (2023). journals.aps.org/prl/abstract/ … ysRevLett.131.240401