Medan batterierna har förbättrats på senare tid, i sin kärna fungerar dagens batterier fortfarande enligt samma grundläggande elektrokemiska principer som utvecklades under 18 ^th och 19 ^th århundraden. Vissa fysiker undrar nu om kvantfenomen kan revolutionera konventionell batterikemi och leda till utvecklingen av en helt ny klass av potentiellt kraftfullare batterier.

I en ny studie publicerad i Fysiska granskningsbrev , fysiker Dario Ferraro och medförfattare vid det italienska tekniska institutet i Genova, Italien, har teoretiskt visat en kvanthastighet för laddningstiden för kvantbatterier, i analogi med den kvanthastighet som tidigare har demonstrerats för informationsbehandling inom kvantberäkning.

"Vi har visat att även i en enkel men realistisk modell, laddningskraften kan förbättras avsevärt genom att korrekt utnyttja kvantmekanikens regler, " berättade Ferraro Phys.org . "Kvantbatterier, en gång experimentellt realiserat, skulle kunna användas i sammanhang där snabbheten i laddnings-/urladdningsprocessen är avgörande. Som en möjlig tillämpning, man kan föreställa sig realiseringen av strömförsörjning i nanoskala för att ge energi till miniatyriserade enheter direkt på plats."

I sitt arbete, fysikerna visade att intrassling av enheterna i ett kvantbatteri, och sedan koppla alla enheter till samma kvantenergikälla, resulterar i en kvantkollektiv förbättring av laddningseffekten jämfört med fallet där enheterna laddas individuellt, parallellt. Förbättringen ökar när antalet enheter ökar (särskilt, när ett kvantbatteri består av N enheter, kvantfördelen skalar som kvadratroten av N ).

Forskarna tillskriver den snabbare laddningstiden till kvantintrasslingen mellan enheterna. De förklarar att enheterna alla är kopplade till ett vanligt kvantiserat elektromagnetiskt läge, och fotoner från energikällan förmedlar en långvägsinteraktion mellan enheter, skapar förveckling bland dem.

Arbetet bygger på tidigare abstrakta idéer om att snabba upp laddningstiden för kvantbatterier genom kollektiv laddning, göra dessa koncept mer konkreta och sätta dem på experimentellt genomförbara grunder. Forskarna förväntar sig att det föreslagna systemet kan experimentellt realiseras med nuvarande toppmodern teknik, såsom supraledande qubits, kvantprickar, eller fotoniska kristaller, bland andra möjligheter.

"Vårt arbete syftar till att skapa en bro mellan abstrakta matematiska fysiksatser och faktisk experimentell implementering av kvantbatterier, " sa Ferraro.

I framtida arbete, forskarna planerar också att undersöka ett annat intressant resultat av den nya studien, vilket är förekomsten av en avvägning mellan kvantbatteriets laddningskraft och dess energilagringskapacitet.

© 2018 Phys.org