Головна / Технології / У Канаді придумали «вічну» квантову батарею

У Канаді придумали «вічну» квантову батарею

Акумулятор, який абсолютно не розряджається при зберіганні? Квантова фізика робить це можливим, стверджують дослідники з університету Торонто і Альберти (Канада). У виданні Journal of Physical Chemistry C вони описали ідею батареї, яка може зберігати енергію вічно.

«Батареї, з якими ми більш знайомі, – наприклад, літій-іонна батарея, яка живить ваш смартфон, – засновані на класичних електрохімічних принципах, тоді як квантові батареї спираються виключно на квантову механіку, – розповідає лідер дослідницької групи Габріель Ханна (Gabriel Hanna). – Квантова батарея — це крихітна, нанорозмірна батарея, призначена для використання в нанорозмірних додатках».

Автори пропонують використовувати так звані темні стани. В такому стані квантова система не може ні поглинути, ні випромінювати фотони. Не випускаючи випромінювання, вона зберігає накопичену в ній енергію. Теоретично таке положення справ може зберігатися вічно.

При цьому темні стани атомів давно відомі фізикам. Вони використовуються, наприклад, у різних детекторів радіації. Поглинувши квант випромінювання, атом чутливої речовини переходить в темний стан і зберігає отриману енергію. Так детектор запам’ятовує, яку дозу він поглинув під час вимірювання. Потім атоми штучно виводять з цього стану, змусивши «розрядитися», і вимірюють запасену енергію.

По суті, така система вже являє собою крихітний акумулятор. Але енергія, запасена окремим атомом або об’єктом порівнянного масштабу, незначна. Тому створення темних станів зазвичай не розглядають як перспективну енергетичну технологію. Замість цього вчені активно обговорюють можливе застосування цього ефекту для створення кубітів (квантових бітів) для квантових комп’ютерів. Дійсно, систему, яка стійко зберігає вихідний стан, можна використовувати як елемент пам’яті в обчислювальній машині.

Однак Ханна і його колеги впевнені, що це явище можна використовувати і для зберігання енергії. Як акумулятор вони пропонують використовувати мережу з кубітів, що має особливу геометричну структуру.

«Фокус в тому, щоб привести цю квантову мережу в так зване темний стан, – говорить учений. – Перебуваючи в темному стані, мережа не може обмінюватися енергією з навколишнім середовищем. По суті, система стає несприйнятливою до всіх впливів навколишнього середовища. Це означає, що батарея буде дуже стійка до втрат енергії».

Електрони, які містяться в кубітах, будуть поглинати енергію і переходити на нові енергетичні рівні, в результаті чого будуть продукуватися квазічастинки екситони. При цьому вся мережа буде занурюватися в колективний темний стан. Сукупна енергія, запасена в мережі, може бути досить велика для харчування хоча б мініатюрного пристрою.

Комп’ютерне моделювання підтвердило життєздатність цієї концепції. Автори також розрахували, як вивести таку батарею з темного стану і змусити її віддавати енергію девайсу.

Зазначимо, що робота канадських фізиків – це попереднє теоретичне обґрунтування ідеї. На практиці маніпулювати колективними квантовими станами мережі кубітів надзвичайно складно, так що важко сказати, коли заявлений принцип буде реалізований хоча б в лабораторії.