در سالهای اخیر و در پی نگرانیهای روزافزون زیستمحیطی، محققان بهدنبال راهکارهای نوین برای ذخیرهسازی انرژی برآمدهاند. اکنون دانشمندان ژاپنی در این مسیر گامی نظری مهم برداشتهاند؛ آنها موفق شدهاند مانع اصلی در راه گسترش باتریهای کوانتومی، یعنی اتلاف انرژی، را از بین ببرند. این دستاورد که در قالب یک چارچوب نظری ارائه شده، پتانسیل دارد تا آینده ذخیره و انتقال نیرو را به طور بنیادین متحول سازد.
بر اساس گزارشی از ScienceDaily، باتریهای کوانتومی دستگاههایی هستند که به جای واکنشهای شیمیایی سنتی، از پدیدههای کوانتومی نظیر برهمنهی، درهمتنیدگی و همدوسی برای ذخیره انرژی بهره میبرند. در تئوری، این باتریها مزایای چشمگیری نسبت به نمونههای معمولی دارند؛ از جمله سرعت شارژ بالاتر، ظرفیت بیشتر و بازدهی بهینهتر.
با وجود سالها تلاش، محققان تاکنون نتوانستهاند باتریهای کوانتومی را به صورت عملی بسازند. در شرایط واقعی، این سیستمها در برابر اتلاف انرژی و ناهمدوسی (Decoherence) بسیار آسیبپذیرند. ناهمدوسی فرایندی است که در آن سیستمهای کوانتومی ویژگیهای حیاتی خود، مانند درهمتنیدگی، را از دست میدهند که منجر به افت شدید کارایی میشود. در سیستمهای فوتونی (نورپردازی)، هرگونه نقص جزئی یا خمیدگی در «موجبر» (کانالی که فوتونها را راهنمایی میکند) باعث پراکندگی فوتونها و کاهش شدید بازدهی انرژی میگردد.
🔗 بیشتر بخوانید: بنچمارکهای مربوط به هوش مصنوعی میتوانند گمراهکننده باشند_دنیای تکنولوژی
راهکار گسترش باتریهای کوانتومی
برای مهار این چالشها، محققان مرکز RQC ژاپن و دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ چین با بهرهگیری از مدلسازی تحلیلی و عددی در یک چارچوب نظری، از «خواص توپولوژیک» استفاده کردند؛ این ویژگیهای مادهای هستند که حتی در صورت خمیدگی یا پیچش ساختار، بدون تغییر باقی میمانند.
آخرین مطالب
محققان اثبات کردند که با بهرهبرداری از این خواص در موجبرهای فوتونی، میتوان به نتایج شگرفی دست یافت. به بیان دقیقتر، این پژوهش نشان داد که موجبرهای فوتونی توپولوژیک امکان «انتقال تقریباً کامل انرژی» را فراهم میآورند. بدین معنا که وقتی شارژر کوانتومی و باتری کوانتومی در یک زیرشبکه واحد قرار گیرند، حداکثر انرژی قابل استخراج در برابر اتلاف انرژی در آن نقطه خاص، حفظ میشود.
در یک نتیجهگیری غیرمنتظره، محققان دریافتند که «اتلاف انرژی» که به طور معمول کارایی را تضعیف میکند، میتواند تحت شرایط خاصی به طور موقت قدرت شارژ را افزایش دهد. آنها متوجه شدند وقتی اتلاف انرژی از یک سطح بحرانی فراتر رود، قدرت شارژ یک «افزایش کوتاهمدت اما محسوس» را تجربه میکند. این یافتن باور سنتی را که اتلاف انرژی همیشه مضر است، به چالش میکشد.
🔗 بیشتر بخوانید: همسر معتاد به کار؛ چطور او را به آغوش خانواده برگردانیم؟
یافتههای این تحقیق در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
