Italienska fysiker har föreslagit ett nytt koncept för ett kvantbatteri baserat på intrasslade qubits som kan implementeras med befintlig teknik. De hoppas kunna skapa en fem-qubit prototyp inom tre år. En artikel med resultaten publicerades i tidskriften Physical Review Letters.
För några år sedan föreslog fysiker den teoretiska tanken på ett kvantbatteri som skulle lagra energi inte i form av kemiska föreningar utan tack vare kvantföremålens upphetsade tillstånd. De flesta av dessa artiklar har skrivits av forskare inom kvantinformationsteori som är intresserade av grundläggande satser om gränserna för energilagring och överföring. I ett nytt arbete har fysiker föreslagit ett system som kan implementeras i praktiken.
Italienska fysiker har föreslagit att man använder supraledande kretsar eller halvledarkvantprickar som qubits. I den enklaste versionen som författarna beaktar måste de ha två energinivåer - markerade och upphetsade. Alla qubits placeras i en gemensam optisk resonator, där de samtidigt kan omvandlas till ett upphetsat tillstånd och intrasslas av en åtgärd, till exempel en laserpuls med en viss energi. Som ett resultat, enligt forskare, ökar kraften som du kan ladda batteriet i proportion till kvadratroten av qubits. Samtidigt, för ett batteri i en qubit-array i separata resonatorer, ändras inte detta värde när nya element läggs till.
Författarna noterar att det föreslagna systemet inte bryter mot några termodynamiska lagar, eftersom det använder ett mer intensivt flöde av energi från källan till batteriet än vad som är acceptabelt för andra enheter. Fysiker noterar också att sådana enheter inte kommer att ersätta moderna batterier. Trots den nära teoretiska laddningshastigheten kommer de också att laddas ur extremt snabbt - på nanosekundskalan. Dessutom, jämfört med kemiska element, har de en liten kapacitet: den typiska energidifferensen mellan nivåerna i en qubit är 0,001 elektronvolt, medan moderna bärbara batterier lagrar cirka 1024 eV. Därför kan det huvudsakliga användningsområdet för sådana batterier vara området för kvantberäkning. I det här fallet körs batteriet inuti kvantdatorn i en cykel:varje qubit laddas medan datorn tar energi från nästa för att utföra beräkningar.
Nikolay Khizhnyak