მნიშვნელოვან შეხვედრაზე გაგვიანდებათ. სახლიდან გადიხართ და უცბად გახსენდებათ, რომ ტელეფონი დამჯდარი გაქვთ.
წარმოიდგინეთ, რომ კვანტური ფიზიკის უცნაური წესების გამოყენებით, ის მყისიერად შეგიძლიათ დატენოთ. სწორედ ამას გვპირდება კვანტური ბატარეები.
ავსტრალიის სამეცნიერო კვლევების სახელმწიფო სააგენტო CSIRO-ს მკვლევარმა ჯეიმს ქუაჩმა და მისმა ჯგუფმა მსოფლიოში პირველი კვანტური ბატარეის პროტოტიპი შექმნეს.
კოლექტიური კვანტური ეფექტი
შეიძლება გსმენიათ სუპერპოზიციისა და ჩახლართულობის თავისებური კვანტური ეფექტების შესახებ, რაც ძირითადად ძალიან პაწაწინა ობიექტებს ძალიან უცნაურად მოქცევის საშუალებას აძლევს. ამას გარდა, მათ ასევე შეუძლიათ, კვანტურ კომპიუტერებს ისეთი პრობლემების გადაჭრის საშუალება მისცენ, რაც ტრადიციულ კომპიუტერებს არ შეუძლია.
კვანტური სამყაროს ერთი უცნაური თვისებაა ე. წ. კოლექტიური ეფექტები. სწორედ ისინი აძლევს კვანტურ ბატარეებს უნიკალურ თვისებებს.
შესაბამის გარემო პირობებში, კვანტური ბატარეების შენახვის ერთეულები ინდივიდუალურად კი არ მოქმედებენ, არამედ კოლექტიურად იქცევიან. ინტუიციის საწინააღმდეგოდ, ეს იმას ნიშნავს, რომ ერთეულები ერთად უფრო სწრაფად იმუხტებიან, ვიდრე ცალ-ცალკე დაიმუხტებოდნენ.
ავიღოთ, რომ ახალ პროტოტიპს N შენახვის ერთეულები აქვს და თითოეულ ერთეულს დასამუხტად ერთი წამი სჭირდება. კოლექტიური ეფექტები ნიშნავს იმას, რომ თუ ყველა ერთეული ერთდროულად დაიმუხტება, თითოეულ ერთეულს დასამუხტად 1∕√N წამი დასჭირდება.
ეს კი იმას ნიშნავს, რომ რაც უფრო დიდია კვანტური ბატარეა, მით უფრო ნაკლები დრო სჭირდება დასამუხტად. თუკი მის ზომას გავაორმაგებთ, დატენვას მხოლოდ ნახევარზე ცოტა მეტი დრო დასჭირდება.
თითქოს თითოეულმა ერთეულმა როგორღაც იცის, რომ ირგვლივ სხვა ერთეულებიც არიან და მათი არსებობა ერთეულის დამუხტვას აჩქარებს. უცნაურია, არა?
ეს რადიკალურად განსხვავდება ტრადიციული ბატარეების მოქმედების პრინციპისგან, რომელშიც დიდ ბატარეებს დასამუხტად უფრო მეტი დრო სჭირდება. ამიტომ იმუხტება თქვენი ტელეფონი ერთ საათში, ელექტრო მანქანა კი მთელ ღამეში.
კვანტური ბატარეის შექმნა
საკმაოდ დიდი ხნის მანძილზე, კვანტური ბატარეის იდეა მხოლოდ თეორიული ცნობისმოყვარეობა იყო. მაგრამ 2018 წელს, ჯეიმს ქუაჩმა გადაწყვიტა ეჩვენებინა, რომ მისი შექმნა რეალურად შესაძლებელი იყო.
2022 წელს, ბრიტანელ და იტალიელ კოლეგებთან ერთად, ორგანული მიკროღრუს გამოყენებით, მათ კვანტური ბატარეის პროტოტიპი შექმნეს — რამდენიმე სხვადასხვა მასალისგან დამზადებული პაწაწინა, რთული, მრავალშრიანი სენდვიჩი, რომელიც სინათლეს კონკრეტული გზით იჭერს.
შედეგად, მათ სამეცნიერო საზოგადოებაში პირველად აჩვენეს ეგზოტიკური ქცევა, რომელშიც დიდ კვანტურ ბატარეებს დასამუხტად უფრო ნაკლები დრო სჭირდებოდათ.
უფრო მეტიც, მათ აჩვენეს, რომ დატენვის დრო 1∕√N-ით მცირდება, სადაც N არის ბატარეაში მოლეკულების რაოდენობა. რაც უფრო მეტ მოლეკულას შეიცავდა ის, მით უფრო სწრაფად იმუხტებოდა ბატარეა — ზუსტად ისე, როგორც ამას თეორია პროგნოზირებდა.
ერთ-ერთი რამ, რაც ამ პირველ პროტოტიპს არ გააჩნდა, მისგან ენერგიის ამოღების გზა იყო. ამისათვის, ახალ კვლევაში, მეცნიერებმა თავიანთ მოწყობილობას დამატებითი შრეები დაამატეს, რომლებიც ენერგიას ელექტროდენად გარდაქმნის. ეს წარმოადგენს კვანტური ბატარეისკენ გადადგმულ მნიშვნელოვან ნაბიჯს.
პროგრესი ჯერ კიდევ წინაა
საინტერესოა, ჯერ რატომ ვერ ვხედავთ კვანტურ ბატარეებს ბაზარზე?
კვანტური ბატარეების მოცულობა ჯერ კიდევ ძალიან მცირეა (რამდენიმე მილიარდი ელექტრონ-ვოლტი) და ძლიერ ხანმოკლეა დრო, რამდენ ხანსაც ისინი მუხტს ინარჩუნებენ (რამდენიმე ნანოწამი). ეს იმას ნიშნავს, რომ კვანტური ბატარეები ძალიან პატარაა, რათა გამოსადეგი იყოს ისეთი მოწყობილობების კვებისთვის, როგორიცაა თქვენი სმარტფონი. სულ მცირე, ასეა ახლა.
თუმცა, კვანტური ბატარეები შეიძლება იდეალური იყოს ისეთი კვანტური მოწყობილობების კვებისთვის, როგორიცაა კვანტური კომპიუტერები. უფრო მეტიც, კვანტური ბატარეები შეიძლება ზუსტი გამოსავალი იყოს კვანტური კომპიუტერებისთვის, რომლებსაც დიდ მასშტაბზე მუშაობა და პრაქტიკულობა ესაჭიროებათ.
მიუხედავად იმისა, რომ პრაქტიკული კვანტური ბატარეები ჯერ არ გვაქვს, მკვლევართა ჯგუფი ამჟამად მუშაობს პროტოტიპის ზომის მასშტაბისა და მუხტის შენარჩუნების დროის ზრდაზე. იმედი აქვთ, რომ შექმნიან ჰიბრიდულ დიზაინს, რომელიც გააერთიანებს კვანტური ბატარეის დამუხტვის გამორჩეულ დროსა და კლასიკური ბატარეის მუხტის შენარჩუნების დროს.
მათ მიერ მიღწეული პროგრესი დასტურია საუკუნის განმავლობაში სხვა კვანტურ მეცნიერთა მიერ შესრულებული თეორიული სამუშაოებისა.
მათ მიერ შექმნილი პირველი პროტოტიპი ბატარეის მუხტი რამდენიმე ნანოწამს ძლებს. ძმები რაიტების პირველმა თვითმფრინავმა ოდნავ მეტხანს იფრინა. პროგრესს დრო სჭირდება, მაგრამ აშკარაა, რომ კვანტური ბატარეები უკვე მოჩანს ჰორიზონტზე.
კვლევა Light: Science & Applications-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია The Conversation-ის მიხედვით.
