پیشرفت ژاپنی‌ها در توسعه باتری‌های کوانتومی: غلبه بر اتلاف انرژی
در سال‌های اخیر، نگرانی‌های زیست‌محیطی دانشمندان را به سمت یافتن راهکارهای نوین ذخیره‌سازی انرژی سوق داده است. اکنون محققان ژاپنی در این مسیر به یک پیشرفت نظری چشمگیر دست یافته‌اند؛ آن‌ها توانسته‌اند موانع اساسی گسترش باتری‌های کوانتومی، به‌ویژه اتلاف انرژی، را از بین ببرند. این دستاورد که در قالب یک چارچوب نظری ارائه شده، پتانسیل دارد نحوه ذخیره و انتقال نیرو را در آینده دگرگون سازد.
بر اساس گزارشی که ScienceDaily منتشر کرده، باتری‌های کوانتومی دستگاه‌هایی هستند که به جای واکنش‌های شیمیایی متداول، از پدیده‌های کوانتومی نظیر برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و همدوسی برای انباشت انرژی بهره می‌برند. در سطح تئوری، این باتری‌ها مزیت‌های شگرفی در مقایسه با نمونه‌های معمولی داراند؛ از جمله سرعت شارژ بالاتر، ظرفیت ذخیره‌سازی بیشتر و بازدهی بهینه‌تر.
🔗 بیشتر بخوانید: چرا اپل دلواپس تاثییر تعرفه‌ها نیست؟ «تیم کوک» جواب می‌دهد_دانستنی
با وجود سال‌ها تلاش، محققان نتوانسته‌اند باتری‌های کوانتومی را به واقعیت تبدیل کنند. در شرایط واقعی، این سامانه‌ها در برابر اتلاف انرژی و ناهمدوسی (Decoherence) بسیار آسیب‌پذیرند. ناهمدوسی فرایندی است که در آن سامانه‌های کوانتومی ویژگی‌های حیاتی خود —مانند درهم‌تنیدگی— را از دست می‌دهند و باعث افت شدید کارایی می‌شوند. در سامانه‌های فوتونی (نورمحور)، هرگونه نقص جزئی یا خمیدگی در «موج‌بر» (کانالی که فوتون‌ها را راهنمایی می‌کند) منجر به پراکندگی فوتون‌ها و کاهش چشمگیر بازدهی انرژی می‌گردد.
راهکار غلبه بر چالش‌های باتری‌های کوانتومی
برای مهار این مشکلات، محققان مرکز RQC ژاپن و دانشگاه علوم و فناوری هوازهنگ چین از مدل‌سازی‌های تحلیلی و عددی در یک چارچوب نظری بهره بردند و از «ویژگی‌های توپولوژیک» استفاده کردند؛ این ویژگی‌ها مشخصات مادهای هستند که حتی در صورت خمیدگی یا پیچش ساختار، بدون تغییر باقی می‌مانند.
🔗 بیشتر بخوانید: شواهد تازه دانشمندان برای وجود اقیانوس باستانی در مریخ_دانستنی
محققان اثبات کردند که بهره‌گیری از این ویژگی‌ها در موج‌برهای فوتونی می‌تواند به دستاوردهای بزرگی منجر شود. به بیان دقیق‌تر، این پژوهش نشان داد که موج‌برهای فوتونی توپولوژیک امکان «انتقال تقریبا کامل انرژی» را فراهم می‌آورند. بدین معنا که وقتی شارژر کوانتومی و باتری کوانتومی در یک زیرشبکه یکسان قرار گیرند، حداکثر انرژی قابل استخراج در برابر اتلاف انرژی در آن نقطه خاص، محفوظ می‌ماند.
در یک نتیجه‌گیری غیرمنتظره، محققان دریافتند که «اتلاف انرژی» که به طور معمول کارایی را تضعیف می‌کند، تحت شرایط خاصی می‌تواند به‌صورت موقت قدرت شارژ را افزایش دهد. آن‌ها متوجه شدند وقتی اتلاف انرژی از یک آستانه بحرانی فراتر رود، قدرت شارژ یک «افزایش کوتاه‌مدت اما محسوس» را تجربه می‌کند. این یافته باور متداول مبنی بر اینکه اتلاف انرژی همیشه مضر است، را به چالش می‌کشد.
یافته‌های این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
