Radikal Kuantum Buluşu Pilleri Bir Anda Şarj Edebilir

Ulusal Cheng Kung Üniversitesi'nden bir fizikçi ekibi tarafından geliştirilen yeni bir protokol, hızlı şarj olan bir kuantum pilin temel ilkelerini pratik bir sisteme dönüştürebilir ve bir pilin süperpozisyonunun enerjiyi hızlı ve verimli bir şekilde depolamak için nasıl kullanılabileceğini gösterebilir.

Kuantum fiziğinin temelinde, tüm madde parçalarının uzay ve zaman boyunca yayılan dalga benzeri bir kimliğe sahip olduğu ilkesi yatmaktadır.

Her ne kadar gerçeklik deneyimimize ters düşse de, bu dalgalar bir nesnenin özelliklerini - ister bir elektron, ister bir molekül, ister bir kedi ya da bütün bir gezegen olsun - süperpozisyonu olarak adlandırılan bir olasılık spektrumu olarak temsil eder.

Son yıllarda araştırmacılar, süperpozisyondaki bir veya daha fazla nesnenin, bir motordaki ısıtılmış malzemenin kaotik vızıltısı ve zıplamasıyla ortak bir yanı olup olmadığını düşündüler. Bu kuantum olgusundan yararlanmak, enerjiyi aktarmak ve tutmak için yeni yollar bile sağlayabilir.

Konsept olarak güzel bir fikir, ancak kuantum ısı motorlarının arkasındaki teoriyi çalışan bir cihaza dönüştürmek, çok fazla enerji israf etmeyen uygun süreçleri tanımlamayı gerektiriyor.

Araştırmacılar, bulanık halinin gerçekten enerji aktarıp aktarmadığını belirlemek amacıyla varsayımsal bir kuantum pili şarj etmek için bir parçacığın süperpozisyonunu kullanmaya yönelik iki yaklaşımı deneysel olarak değerlendirdi.

Ekip, gerçek bir pil yerine, kübit olarak bilinen ve içinden geçen dalga türlerini kısıtlayan yansıtıcı bir alandan geçerken enerji kazanabilen bir süperpozisyon durumunda hapsolmuş bir iyon kullandı.

İyonu, dalgasını iki ışına bölen bir cihazdan geçiren ekip, ayrılmış dalgalar birden fazla giriş noktasından tek bir boşluğa ve ardından birden fazla boşluğa geçerken pilin enerji depolama yeteneğini karşılaştırdı.

İyonun süperpozisyonunun gerçekten de verimli bir şarj işlemine olanak sağlayabileceğini bulmakla kalmayıp, 'birçok kapı, bir oda' yaklaşımının teorik olarak “mükemmel şarj fenomeni” dedikleri şeye yol açabilecek bir girişim etkisine neden olduğunu buldular; bu da depolanan enerjinin şarj işleminin herhangi bir noktasında kuantum pilden işe tam olarak dönüştürülmesine olanak tanıyor.

Ayrıca, boşluktan birden fazla kubit gönderirken bile girişim etkisinin devam etmesiyle sürecin ölçeklenebilir olduğunu gösterdiler.

Süreci IBM Kuantum Platformu ve IonQ'nun kuantum donanımı üzerinde yürüten ekip, protokolleri için bir kavram kanıtı ortaya koyarak, benzer bir sistemin bir kuantum sistemini hızla şarj etmenin ve ondan güç elde etmenin enerji açısından etkili bir yolu olma potansiyeline sahip olabileceğini gösterdi.

Bir kübit temel fiziği simüle edebilse de, protokolü daha pratik ve pil benzeri bir şeye dönüştürmek için yeni yöntemlere ihtiyaç duyulacaktır, yani elektrikli motosikletinizi bir göz kırpmasıyla şarj etmeniz biraz zaman alacaktır.

Yine de deney, fizik yasalarında uzun ömürlü, hızlı şarjlı enerji depolama için kuantum ortamından yararlanamayacağımızı söyleyen hiçbir şey olmadığını gösteriyor.

Dünya fosil yakıtlardan kurtuldukça ve yenilenebilir kaynaklardan elde edilen elektrik enerjisini depolamak için daha fazla yol aradıkça, önemli miktarda enerjiyi hızla emebilen ve tutabilen sağlam piller giderek daha önemli hale gelecektir.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.