Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) modellen, en exakt lösbar modell utarbetad av Subir Sachdev och Jinwu Ye, har nyligen visat sig användbar för att förstå egenskaperna hos olika typer av materia. Eftersom den beskriver kvantmateria utan kvasipartiklar och samtidigt är en holografisk version av ett kvantsvart hål, det har hittills antagits av både kondenserad materia och högenergifysiker.

Forskare vid University of Pisa och Italian Institute of Technology (IIT) har nyligen använt SYK-modellen för att undersöka laddningsprotokollen för kvantbatterier. Deras papper, publicerad i Fysiska granskningsbrev , ger bevis på potentialen hos kvantmekaniska resurser för att öka laddningsprocessen för batterier.

"Tidigare teoretiska studier fastställde tanken att intrassling kan användas för att kraftigt påskynda laddningsprocessen av ett kvantbatteri, " Davide Rossini och Gian Marcello Andolina, två av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org, via e-post. "Dock, en konkret solid state-modell som visar så snabb laddning saknades, tills nu."

Rossini, Andolina och deras kollegor insåg att SYK-modellen är en bra kandidat för att undersöka snabbladdningsprocessen för kvantbatterier, eftersom det är känt att generera mycket intrasslad dynamik. Modellens många kroppar, realtidsdynamiken är i slutändan tillräckligt komplex för att den ska överträffa standardanalytiska metoder.

"För våra syften, vi fann det bekvämt att använda en numerisk behandling baserad på exakt diagonalisering av enorma matriser, Rossini och Andolina förklarade. "Vi utförde därför omfattande numeriska simuleringar, kräver upp till 100 Gb minne och cirka två veckors beräkningstid, på ett högpresterande datorkluster för vetenskapliga ändamål."

Modellen som forskarna använder är den första som tydligt avgränsar en kvantfördel i laddningshastigheten för kvantbatterier. Även om denna modell är särskilt svår att använda i laboratoriemiljöer, det senaste verk av Rossini, Andolina och deras kollegor var ett första och viktigt steg mot att samla experimentella bevis på denna kvantfördel.

"Ett batteri är en ganska komplicerad maskin, som man skulle vilja ladda snabbt, som ska lagra energi under lång tid och slutligen ge användbart arbete, ", sa Rossini och Andolina. "Medan vi bevisade att kvantmekaniska resurser kan öka laddningsprocessen, det är fortfarande oklart om de kan användas för att förbättra andra uppgifter för ett sådant hypotetiskt kvantbatteri, Därför är undersökningen av kvantbatterier fortfarande i sin linda."

Den nyligen genomförda studien utförd av Rossini, Andolina och deras kollegor erbjuder starka numeriska bevis som antyder fördelen med att applicera kvantmekaniska krafter i batterier, vilket möjliggörs av underliggande mycket intrasslad kvantdynamik. I framtiden, det skulle kunna bana väg mot utvecklingen av fler batterier som kan laddas snabbare.

"Ett intressant möjligt tillägg till vårt arbete skulle vara att tillämpa samma koncept på termiska motorer, ", sa Rossini. "Sedan 1700-talet, det [har varit] känt att verkningsgraden hos en termisk motor inte kan överstiga ett universellt värde som kallas Carnot-bundet. Därför, det är tydligt att kvantmekaniska resurser inte kan användas för att förbättra effektiviteten. Dock, ingen universell begränsning existerar beträffande makten, och vi planerar att studera en SYK-baserad termisk motor för att ytterligare undersöka denna fråga."

© 2021 Science X Network