(Phys.org) - Fysiker har teoretiskt visat att, när flera nanoskala batterier kopplas ihop, de kan laddas snabbare än om varje batteri laddades individuellt. Förbättringen härrör från kollektiva kvantfenomen och är förankrad i det framväxande området för kvanttermodynamik - studiet av hur kvanteffekter påverkar de traditionella lagarna för energi och arbete.

Forskarna, Francesco Campaioli et al., har publicerat ett papper om snabbladdning av nanoskala batterier i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

Även om mycket forskning har visat att kvantfenomen ger fördelar i informationsbehandlingsapplikationer, såsom datorer och säker kommunikation, det har varit mycket få demonstrationer av kvantfördelar inom termodynamik. I en ny studie på detta område, forskare visade att kvantinvikling kan göra att mer arbete kan extraheras från en nanoskala energilagringsenhet, eller "kvantbatteri, "än vad som skulle vara möjligt utan trassel.

I den nya studien, forskarna bygger vidare på detta resultat för att visa att kvantfenomen också kan öka kvantbatteriernas laddkraft. De fann också att processen inte nödvändigtvis kräver sammanblandning, även om det kräver operationer som har potential att generera intrasslade tillstånd.

"Vårt arbete visar hur trasslig verksamhet - det vill säga interaktioner mellan två eller flera kroppar-är nödvändiga för att erhålla en kvantfördel för laddkraften hos många kroppsbatterier, Trassel i sig utgör inte en resurs, "Campaioli, vid Monash University i Australien, berättade Phys.org . "Dessutom, vi visar att för lokalt kopplade batterier kvantfördelen skala med antalet interagerande batterier. "

Kvantfördelen är inte utan gränser, dock, och fysikerna får den övre gränsen för hur mycket snabbare en samling batterier kan laddas med hjälp av kvantfenomen. De visar att för lokalt kopplade batterier växer kvantfördelen med antalet interagerande batterier. Dessa gränser för kvantfördelen är baserade på kvantehastighetsgränser, som används, till exempel, för att uppskatta kvantprocessernas maximala hastighet, som beräkningar på en kvantdator. Här, gränsen är för termodynamiska processer.

Övergripande, resultaten kan leda till metoder för att förbättra framtida nanoskala energiladdningsprocesser, samt till en bättre förståelse för hur kvantteori och termodynamik hänger ihop.

"Vårt resultat kan användas för att ge optimal laddning för nanodatorer som är beroende av batterier som består av få kvantsystem, som laddningsqubits, joner eller atomer, "Campaioli sa." Vår plan för framtida forskning inom detta område är att ge en stram övre gräns för den fördel som kan uppnås genom interaktioner mellan ett begränsat antal kroppar. Vidare, vi skulle vilja få en experimentell insikt av ovan nämnda kvantfördel. "

© 2017 Phys.org