Neue stabile Quantenbatterien können Kraft zuverlässig in elektromagnetischen Feldern speichern

Quantentechnologien, dh technologische Geräte, die durch den Bude und die Sabotierung quantenmechanischer Systeme erhalten werden, werden in den letzten Tagen Wirklichkeit. Dies prominenteste Muster sind sicherlich Quantencomputer, c/o denen die Informationseinheit, dies Bit, durch ihr quantenmechanisches Parallele, umgangssprachlich Qubit genannt, ersetzt wird. Im Kontrast zu klassischen Computern versprechen Quantencomputer, die vollen quantenmechanischen Eigenschaften von Qubits zu nutzen, um Rechenprobleme anzugehen und zu losmachen, die mit klassischen Computern unerreichbar wären. Wie behauptete kürzlich dies kanadische Unternehmen Xanadu, sein Quantencomputer sei in welcher Stellung gewesen, in nur 36 Mikrosekunden eine Rechenaufgabe zu losmachen, die mit hochmodernen Supercomputern 9000 Jahre gedauert hätte.

Quantentechnologien benötigen Kraft, um zu gehen. Selbige einfache Betrachtung hat Forscher in den letzten zehn Jahren dazu veranlasst, die Idee von Quantenbatterien zu prosperieren, c/o denen es sich um quantenmechanische Systeme handelt, die wie Energiespeichergeräte verwendet werden. In jüngster Vergangenheit konnten Forscher des Center for Theoretical Physics of Complex Systems (PCS) des Institute for Basic Science (IBS), Südkorea, welcher möglichen Ladeleistung einer Quantenbatterie enge Säumen setzen. Konkret zeigten sie, dass eine Sammlung von Quantenbatterien zu einer enormen Verbesserung welcher Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu einem klassischen Ladeprotokoll münden kann. Dies ist Quanteneffekten zu verdanken, die ein gleichzeitiges Laden welcher Zellen in Quantenbatterien zuteilen.

Widerwille dieser theoretischen Errungenschaften sind die experimentellen Realisierungen von Quantenbatterien noch rar. Dies einzige bemerkenswerte Gegenbeispiel aus jüngster Zeit verwendete eine Sammlung von zweistufigen Systemen (den ohne Rest durch zwei teilbar vorgestellten Qubits sehr verwandt) zum Besten von Energiespeicherzwecke, wodurch die Kraft von einem elektromagnetischen Feld (einem Laser) bereitgestellt wurde.

Dank welcher aktuellen Situation ist es unmissverständlich von größter Wichtigkeit, neue und besser zugängliche Quantenplattformen zu finden, die wie Quantenbatterien verwendet werden können. Vor diesem Hintergrund nach sich ziehen Forscher desselben IBS PCS-Teams in Zusammenarbeit mit Giuliano Benenti (Universität Insubria, Italien) kürzlich beschlossen, ein in welcher Vergangenheit intensiv untersuchtes quantenmechanisches System erneut zu untersuchen: den Mikromaser.

Micromaser ist ein System, c/o dem ein Atomstrahl verwendet wird, um Photonen in vereinen Hohlraum zu pumpen. Trivial ausgedrückt kann man sich vereinen Mikromaser wie eine Konfiguration vorstellen, die dem oben erwähnten experimentellen Prototyp welcher Quantenbatterie entspricht: Die Kraft wird im elektromagnetischen Feld gespeichert, dies durch vereinen Strom von Qubits geladen wird, die nacheinander damit interagieren.

Die IBS PCS-Forscher und ihr Mitwirkender zeigten, dass Mikromaser oben Eigenschaften verfügen, die es ihnen zuteilen, wie hervorragende Modelle von Quantenbatterien zu herhalten. Eines welcher Hauptprobleme beim Versuch, ein elektromagnetisches Feld zum Speichern von Kraft zu verwenden, besteht darin, dass dies elektromagnetische Feld im Prinzip eine enorme Energiemenge aufsaugen könnte, unter Umständen viel mehr wie nötig. In Ähnlichkeit zu einem einfachen Kasus würde dies einem Telefonakku vollbringen, welcher, wenn er eingesteckt ist, seine Ladung aufwärts unbestimmte Zeit erhoben. In einem solchen Szenario könnte es radikal riskant sein, zu vergessen, dass dies Telefon erreichbar ist, da es keinen Zusammenhang zum Stoppen des Ladevorgangs gibt.

Glücklicherweise zeigen die numerischen Ergebnisse des Teams, dass dies c/o Mikromasern nicht vorbeigehen kann. Dies elektromagnetische Feld erreicht schnell eine endgültige Konfiguration (technisch wie stationärer Zustand bezeichnet), deren Kraft beim Bude des Mikromasers a priori definit und kategorisch werden kann. Selbige Tatsache gewährleistet Sicherheit vor Überladungsrisiken.

Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass sich die endgültige Konfiguration des elektromagnetischen Felds in einem reinen Zustand befindet, welches bedeutet, dass es keine Wiedererleben an die Qubits mitbringt, die während des Ladevorgangs verwendet wurden. Letztere Tatsache ist vor allem entscheidend, wenn es um eine Quantenbatterie geht. Es stellt sicher, dass die gesamte in welcher Batterie gespeicherte Kraft c/o Begierde entnommen und verwendet werden kann, ohne dass die während des Ladevorgangs verwendeten Qubits verfolgt werden sollen.

Schließlich wurde gezeigt, dass selbige ansprechenden Merkmale robust sind und nicht durch die Veränderung welcher in dieser Studie definierten spezifischen Unbekannte zerstört werden. Selbige Tatsache ist von klarer Wichtigkeit, wenn man versucht, eine echte Quantenbatterie zu konstruieren, da Unvollkommenheiten im Bauprozess problemlos unvermeidlich sind.

Interessanterweise nach sich ziehen Stefan Nimmrichter und seine Mitwirkender in einer parallelen Schlange von Funktionieren gezeigt, dass Quanteneffekte den Ladevorgang des Mikromasers schneller zeugen können wie dies klassische Laden. Mit anderen Worten, sie konnten den zuvor erwähnten Quantenvorteil beim Laden einer Mikromaser-Batterie nachweisen.

Weltraum selbige Ergebnisse deuten darauf hin, dass Micromaser wie vielversprechende neue Plattform geachtet werden könnte, die zum Bude von Quantenbatterien verwendet werden kann. Die Tatsache, dass selbige Systeme schon seither vielen Jahren in experimentellen Realisierungen implementiert sind, könnte dem Bude neuer zugänglicher Prototypen von Quantenbatterien vereinen ernsthaften Schub verschenken.

Zu diesem Zweck starten die IBS PCS-Forscher und Giuliano Benenti derzeit eine gemeinsame Zusammenarbeit mit Stefan Nimmrichter und seinen Mitarbeitern, um selbige vielversprechenden Modelle weiter zu untersuchen. Die Hoffnung ist, dass selbige neue Forschungskooperation endlich in welcher Stellung sein wird, die Leistung von Mikromaser-basierten Quantenbatteriegeräten zu festsetzen und experimentell zu testen.

Forschungsbericht:Mikromaser wie Quantenbatterien

ähnliche Sinister

Institut zum Besten von Grundlagenforschung

Stromversorgung welcher Welt im 21. Jahrhundert c/o Energy-Daily.com

Ein neues roter Faden zum Besten von kostengünstige Batterien

Boston MA (SPX) 06.09.2022

Da die Welt immer größere Installationen von Wind- und Solarenergiesystemen baut, wächst welcher Begierde an wirtschaftlichen, weitläufig angelegten Reservekopie-Systemen schnell, um Strom zu liefern, wenn die Sonne untergegangen ist und die Luft ruhig ist. Heutige Lithium-Ionen-Batterien sind zum Besten von die meisten dieser Anwendungen immer noch zu teuer, und andere Optionen wie Pumpspeicherkraftwerke erfordern eine spezifische Topografie, die nicht immer verfügbar ist. Jetzt nach sich ziehen Forscher am MIT und sonst wo eine neue Stil von Batterie entwickelt, die vollwertig aus reichlich vorhandenem und billigem Werkstoff besteht … weiterlesen