باتری کوانتومی

باتری کوانتومی چگونه کار می کند؟

دانشمندان دانشگاه های آلبرتا و تورنتو طرح هایی را برای “باتری کوانتومی” ارائه دادند که هرگز شارژ خود را از دست نمی دهد.بدیهی است که چنین باتری هنوز وجود ندارد ، اما اگر چگونگی ساخت آن کشف شود، می تواند به عنوان یک پیشرفت انقلابی در ذخیره انرژی در نظر گرفته شود.

گابریل هانا، شیمیدان دانشگاه آلبرتا در بیانیه ای گفت:

“باتری هایی که معمولاً از آن ها استفاده می کنیم، مانند باتری لیتیوم یونی که انرژی مورد نیاز تلفن هوشمند شما را تأمین می کند؛ به اصول کلاسیک الکتروشیمیایی تکیه کرده است، در حالی که باتری های کوانتومی فقط به مکانیک کوانتومی متکی هستند.”

حالت تاریک در باتری کوانتومی:

این تحقیقات در ژوئیه و به وسیله مقاله ای در ژورنال شیمی فیزیکی C منتشر شد.

طبق این تحقیقات باتری با استفاده از توان “انرژی برانگیخته” کار می کند. یعنی وضعیتی که یک الکترون فوتون های شارژ شده نور را به میزان کافی جذب می کند.

محققان به لطف این واقعیت که باتری ها درون “حالت تاریک” تهیه شده است و در این فضا قادر به تبادل انرژی نیستند؛ حتی زمانی که به جذب یا آزاد کردن فوتون ها با محیط اطراف خود می پردازند.

محققان دریافتند که مدل باتری حاصل از تلاش آن ها باید “بسیار مقاوم در برابر اتلاف انرژی باشد”.

باتری کوانتومی

شارژ بزرگ:

محققان با شکستن شبکه کوانتومی “حالت تاریک” ، ادعا می کنند که باتری کوانتمی می تواند، در این فرآیند تخلیه و رهاسازی انرژی را انجام دهد.

اما این تیم هنوز روش های قابل قبولی برای این کار به دست نیاوردند.

آنها همچنین باید راهی برای مقیاس سنجی فناوری و برنامه های کاربردی در دنیای واقعی نیز کشف کنند.

سرعت شارژ باتری کوانتومی:

اساساً باتری کوانتومی یا یک سیستم کوانتومی مانند qubit که انرژی را در حالت های کوانتومی خود ذخیره می کند، از لحاظ تئوری با سرعت بیشتری نسبت به باتری های معمولی قابل شارژ است.

این “سرعت کوانتومی” ناشی موارد زیر می باشد:

  • درگیری کوانتومی در میان چند کبیت
  • میانبرهای بین حالت های شارژ نشده
  • ایجاد میانبر توسط شارژ qubits

فیزیکدانان به باتری کوانتومی را “کوانتوسل” نیز می نامند.

تأثیر فیزیک کوانتومی بر ترمودینامیک:

بایندر، فیزیكدان دانشگاه آكسفورد گفت: “سؤالی که معمولاٌ پرسیده می شود این است كه آیا فیزیک كوانتومی می تواند در فرآیندهای ترمودینامیک (مطالعه كار و گرما و تعامل آن ها) مزایایی داشته باشد.”طبق تحقیق در مورد این موضوع، در یک مدت زمان کوتاه، مزیت قابل توجهی از جانب فیزیک کوانتومی می تواند حاصل می شود.

همبستگی کوانتومی (درهم آمیختگی کوانتومی) می تواند منجر به سرعت قابل توجهی شود.

دانشمندان یک باتری کوانتومی ساخته شده از کوبیت ها را مورد بررسی قرار دادند، که می تواند از اشکال مختلف جسمی مانند یون ها، اتم های خنثی، فوتون ها و… ساخته شده باشد.

در یک باتری کوانتومی دو حالت سطح انرژی متفاوتی دیده می شود.

شارژ باتری کوانتومی به معنای تغییر حالت کوبی از سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر است، در حالی که با استفاده از تخلیه، باتری معکوس کار می کند.

دانشمندان این qubits های خاص را “qubits work” یا “wits” می نامند.

زیرا باتری کوانتمی انرژی را ذخیره می کند و بعداً برای انجام کار مورد استفاده قرار می دهد.

باتری کوانتومی

تفاوت باتری های معمولی و کوانتومی:

تاکنون این توضیحات عملکرد این باتری شبیه به نحوه کار باتری معمولی است.

با این حال، تفاوت مهم این است که به عنوان سیستم های کوانتومی، ممکن است qubits درگیر شوند.

به این معنی که qubits به قدری با یکدیگر همبستگی دارند که می توان یک آرایه qubit کامل را با همان حالت کوانتومی توصیف کرد. محققان نشان دادند كه یک نتیجه از درگیر كردن كبیت ها در طی فرایند شارژ اینست كه مسافت كمتری را از طریق فضای دولت – یعنی بین حالت های انرژی كم و زیاد – طی كرد و آن را بدون نیاز به گرفتاری انجام می دهد.

هر چه تعداد كيبيت بيشتر و در نتيجه جاذبه بيشتر باشد، روند شارژ سريعتر خواهد بود.

برای مثال:

زمان شارژ به طور معکوس با تعداد کوبی ها متناسب است.

بنابراین، اگر یک کارگاه را در یک ساعت شارژ کند، شش قطعه کار در 10 دقیقه قابل شارژ است.

چرا از این باتری ها در زندگی روزمره استفاده نمی شود:

 

با این حال، در واقعیت سیستم های کوانتومی معمولی به دلیل برهم کنش متقابل با محیط اطراف که اثرات کوانتومی را از بین می برند، نمی توانند برای هر مکانی نزدیک به این سیکل زمان کوانتومی بمانند.علاوه بر رفع فشار، یکی دیگر از موانع استفاده از باتری های کوانتومی برای برنامه های کاربردی در زندگی واقعی این است که میزان انرژی قابل ذخیره آنها در مقایسه با نیازهای انرژی اندک است.

به عنوان مثال تلفن های همراه یا وسایل نقلیه برقی بسیار کم هستند.

انرژی سیستم های کوانتومی تعداد سفارشات بزرگ، بسیار کوچکتر از حتی کوچکترین انرژی های مورد استفاده در وسایل روزانه است.

“اندازه” در اینجا مسئله ای از مقیاس انرژی است.

فیزیک کوانتومی می تواند سرعت بیشتری را در رساندن انرژی به یک سیستم ایجاد کند.

این اثرات سرعت در دو مورد قابل توجه است:

  1. دستگاه های مکانیکی به اندازه ای كوچک هستند كه مقیاس های انرژی با مقادیر فعلی سیستم های كوانتومی قابل مقایسه باشند.
  2.  سیستم های كوانتومی در مقیاس های انرژی كه دارای اهمیت عملی هستند، مقیاس پذیر و از نظر قدرت كنترل می شوند.

باتری های کوانتومی در حقیقت کار می کنند؟

آنچه ما در این مقاله” باتری کوانتومی “می نامیم، در آزمایشگاه ها وجود دارند.

هر سیستم کوانتومی قابل کنترل با پیوندهای انرژی پایدار را می توان به عنوان یک باتری در نظر گرفت.

سؤال اینجاست که آیا دیدگاه ترمودینامیکی برای آزمایش های کوانتومی با سیستم هایی مانند یون ها، اتم های خنثی سرد(به عنوان مثال در یک شبکه نوری)، سیستمهای ماده چگالنده(برای مثال، کوبیت های ابررسانا و الکترودینامیک کوانتومی مدار) یا نور مفید خواهد بود؟

نظر خود را با ما و دیگر کاربران در میان بگذارید:

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

اسکرول به بالا