RIKEN Kuantum Hesaplama Merkezi ve Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden bilim insanları, bir “topolojik kuantum bataryasının” nasıl verimli bir şekilde tasarlanabileceğini gösteren teorik bir çalışma yürüttüler. Bu yenilikçi konsept, enerjiyi depolamak ve aktarmak için fotonik dalga kılavuzlarının topolojik özelliklerini ve iki seviyeli atomların kuantum davranışını kullanıyor.

Yeni kuantum pili enerji kaybının önüne geçiyor

Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bulguları, nanometre ölçeğinde enerji depolama, optik kuantum iletişimi ve dağıtılmış kuantum hesaplama sistemlerinde potansiyel uygulamalara işaret ediyor.

Çevresel sürdürülebilirlik giderek daha acil bir küresel endişe haline gelirken, araştırmacılar yeni nesil enerji depolamasına yeni yaklaşımlar arıyor. Geleneksel kimyasal reaksiyonlar yerine süperpozisyon, dolanıklık ve tutarlılık gibi kuantum fenomenlerini kullanarak enerji depolayan minyatür teorik cihazlar olan kuantum piller, gücün nasıl depolanıp aktarıldığını yeniden tanımlayabilir. Prensip olarak, bu piller geleneksel pillere göre daha hızlı şarj, daha yüksek kapasite ve enerji elde etmede gelişmiş verimlilik gibi çeşitli avantajlar sağlayabilir.

Yıllardır süren önerilere rağmen, kuantum pillerinin pratik uygulaması henüz mümkün olmamıştır. Gerçek dünya koşullarında, bu sistemler enerji kaybına ve kuantum sistemlerinin dolanıklık ve süperpozisyon gibi temel özelliklerini kaybettiği ve performansın düşmesine yol açan bir süreç olan uyumsuzluğa karşı özellikle hassastır. Fotonları yönlendiren ancak bükülmelere veya kusurlara duyarlı kanallar olan sıradan (topolojik olmayan) dalga kılavuzları kullanan fotonik sistemlerde, fotonlar kılavuz içinde dağıldıkça enerji verimliliği keskin bir şekilde düşer. Çevresel gürültü, dağılım ve yapısal düzensizlik gibi ek zorluklar, kararlılığı ve depolama verimliliğini daha da azaltır.

[bkz url= https://www.techinside.com/tesla-yeni-model-yerine-yazilim-guncellemesine-odaklaniyor/]

Uluslararası araştırma ekibi, bu kalıcı sorunları ele almak için teorik bir çerçeve içinde analitik ve sayısal modelleme kullandı. Topolojik özelliklerden (yapı büküldüğünde veya büküldüğünde bile değişmeden kalan malzeme özellikleri) yararlanarak, kuantum pillerde hem uzun mesafeli enerji transferi hem de enerji kaybına karşı bağışıklık sağlamanın mümkün olduğunu gösterdiler. Beklenmedik bir gelişme olarak, araştırmacılar ayrıca, genellikle performansı zayıflatan enerji kaybının, belirli koşullar altında şarj gücünü geçici olarak artırabileceğini keşfettiler.

Çalışma, topolojik kuantum pillerini pratik kullanıma yaklaştıran birkaç umut verici sonuç ortaya koydu. Ekip, fotonik dalga kılavuzlarının topolojik yapısının neredeyse mükemmel bir enerji aktarımı sağladığını gösterdi. Şarj kaynağı ve pil aynı alanı işgal ettiğinde, sistem tek bir alt kafesle sınırlı bir dağılım bağışıklığı kazanır. Ayrıca, dağılım kritik bir seviyeyi aştığında, şarj gücünde kısa süreli ama önemli bir artış yaşandığını ve enerji kaybının her zaman zararlı olduğu yönündeki uzun süredir devam eden varsayımı çürüttüğünü buldular.