خلاصه خبر:
محققان از قدرت عدم تقابل استفاده کردند تا عملکرد باتری کوانتومی را متحول کنند. آنها با شکستن تقارن معکوس زمانی، جریان مستقیم انرژی را از شارژر به باتری ایجاد کردند و از جریان برگشتی جلوگیری کردند. این رویکرد «مهندسی مخزن» منجر به افزایش چهار برابری راندمان ذخیره‌سازی انرژی در مقایسه با باتری‌های کوانتومی معمولی شد. طراحی غیر متقابل (Nonreciprocal) به طور موثر بر اتلاف موضعی غلبه می کند و نرخ انتقال انرژی بالا را حفظ می کند. با مفاهیمی برای حسگری کوانتومی، جذب انرژی و ترمودینامیک، این پیشرفت می تواند ذخیره انرژی در فناوری های کوانتومی را تغییر دهد. این تحقیق گامی مهم به سوی راه حل های ذخیره انرژی کارآمدتر و قابل اعتمادتر برای قلمرو کوانتومی است.
توضیحات تکمیلی:
در یک پیشرفت پیشگامانه، محققان از قدرت عدم تقابل (یا همان نا هم پاسخی) برای ایجاد انقلابی در عملکرد باتری‌های کوانتومی استفاده کرده‌اند. این مطالعه که توسط یک تیم مشترک از دانشگاه گدانسک در لهستان و دانشگاه کلگری در کانادا انجام شده است، در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شده است.
عدم تقابل، پدیده ای که در آن پاسخ یک سیستم بسته به جهت انتشار موج یا سیگنال متفاوت است، مدت هاست که در توسعه فناوری های کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال، پتانسیل آن در افزایش راه حل های ذخیره انرژی کوانتومی تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است.
رویکرد نوآورانه محققان شامل استفاده استراتژیک از غیر متقابل برای بهینه‌سازی دینامیک شارژ باتری‌های کوانتومی است. آنها با شکستن تقارن معکوس زمانی، جریان مستقیم انرژی را از یک شارژر کوانتومی به باتری ایجاد کرده اند که به طور موثری از برگشت انرژی جلوگیری می کند. این امر از طریق "مهندسی مخزن" به دست می آید، جایی که یک محیط اتلاف کننده، مانند یک موجبر کمکی، انتقال کارآمد انرژی را تسهیل می کند.
نتایج مطالعه آنها واقعاً قابل توجه است. باتری‌های کوانتومی غیرتقابلی (Nonreciprocal Quantum Batteries) که آنها طراحی کردند، افزایش چهار برابری راندمان ذخیره‌سازی انرژی را در مقایسه با باتری‌های کوانتومی معمولی نشان دادند. این پیشرفت قابل توجه به فرآیند تداخل مانندی نسبت داده می شود که تعاملات اتلاف کننده را با تعاملات همدوس متعادل می کند و باتری را قادر می سازد تا انرژی را حتی در رژیم های کوپلینگ به شدت میرایی جمع آوری کند.
استادیار شبیر برزنجه، یکی از نویسندگان مقاله، گفت: «یافته‌های ما نشان می‌دهد که باتری‌های کوانتومی غیرمتقابل می‌توانند به طور موثر بر اتلاف موضعی غلبه کنند و نرخ انتقال انرژی بالا را حفظ کنند.» پیامدهای عملی گسترده‌تر است، به طور بالقوه انقلابی در ذخیره‌سازی انرژی در فناوری‌های کوانتومی ایجاد می‌کند، حسگری کوانتومی کارآمدتر، جذب انرژی و حتی پیشرفت مطالعه ترمودینامیک کوانتومی را ممکن می‌سازد.
محققان اکنون در حال کاوش در مرز بعدی هستند و تعامل بین عدم تقابل و سایر منابع کوانتومی، مانند درهم تنیدگی و کاتالیز کوانتومی را بررسی می‌کنند تا قابلیت‌های ذخیره‌سازی انرژی را افزایش دهند. علاوه بر این، آنها قصد دارند مدل های نظری خود را به صورت تجربی در مدارهای کوانتومی عملی پیاده سازی کنند، یافته های خود را تأیید کنند و راه را برای کاربردهای دنیای واقعی هموار کنند.
این پیشرفت در باتری‌های کوانتومی غیرمتقابل نشان‌دهنده یک گام به جلو در تلاش برای راه‌حل‌های ذخیره انرژی کارآمدتر و قابل اعتمادتر برای فناوری‌های کوانتومی است. تأثیر بالقوه این تحقیق بسیار فراتر از آزمایشگاه است، با امکان ایجاد انقلاب در زمینه‌های مختلف از حسگری کوانتومی و جذب انرژی تا درک اساسی ترمودینامیک کوانتومی.
منبع
B. Ahmadi et al, Nonreciprocal Quantum Batteries, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.210402. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2401.05090
