Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti

Akut, jotka hyödyntävät kvantti-ilmiöitä lupailevat ylittää tavanomaisten kemiallisten akkujen kyvyt ja käyttökelpoisuuden tietyissä pienitehoisissa sovelluksissa.

Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat hyödyntäneet epäintuitiivista kvanttiprosessia, joka jättää huomiotta tavanomaisen kausaliteetin käsitteen, parantaakseen kvanttiakkujen suorituskykyä ja tuodakseen tämän tulevaisuuden teknologian hieman lähemmäs todellisuutta.

Tällä hetkellä kvanttiakut ovat olemassa vain laboratoriokokeina ja tutkijat ympäri maailmaa työskentelevät eri puolilla toivoen niiden jonain päivänä yhdistyvän täysin toimivaksi ja käytännölliseksi sovellukseksi.

Jatko-opiskelija Yuanbo Chen ja apulaisprofessori Yoshihiko Hasegawa Tokion yliopistosta tutkivat parasta tapaa ladata kvanttiakku, ja tässä tapauksessa mukaan tulee aika. Yksi kvanttiakkujen eduista on, että niiden pitäisi olla uskomattoman tehokkaita, mutta se riippuu niiden lataustavasta.

"Nykyiset akut pienen tehonkäytön laitteille, kuten älypuhelimille tai antureille, käyttävät tyypillisesti kemikaaleja varauksen säilyttämiseen, kun taas kvanttiakku käyttää mikroskooppisia hiukkasia, kuten atomiryhmiä", Chen kertoo. "Kun kemiallisia akkuja säätelevät klassiset fysiikan lait, mikroskooppiset hiukkaset ovat luonteeltaan kvanttihiukkasia, joten meillä on mahdollisuus tutkia tapoja käyttää niitä, jotka taivuttavat tai jopa rikkovat intuitiivisia käsityksiämme siitä, mitä tapahtuu pienessä mittakaavassa.

Olen kiinnostunut siitä, miten kvanttihiukkaset voivat toimia rikkoen yhtä perustavanlaatuisimmista kokemuksistamme, ajan kokemuksia."

Yhteistyössä Pekingin laskennallisen tieteen tutkijoiden kanssa ryhmä kokeili tapoja ladata kvanttiakkua käyttämällä optisia laitteita, joiden avulla he saavuttivat tarvittavan kvanttivaikutelman. Eli tässä ryhmä käytti kvanttiefektiä, jota he kutsuvat määrittelemättömäksi kausaalijärjestykseksi (indefinite causal order) tai ICO:ksi.

Klassisessa maailmassa kausaalisuus tarkoittaa yksisuuntaista tapahtumaa mutta kvanttimittakaavassa ICO sallii kausaalisuuden molempien suuntien tapahtumat niin kutsutussa kvantti-superpositiossa, jossa molemmat voivat olla yhtä aikaa totta.

"ICOn avulla osoitimme, että tapa, jolla lataat kvanttihiukkasista koostuvaa akkua, voi vaikuttaa merkittävästi sen suorituskykyyn", Chen sanoo. "Näimme valtavia etuja sekä järjestelmään varastoidun energian että lämpötehokkuuden suhteen.

Ja hieman vastoin intuitiota, havaitsimme vuorovaikutuksen yllättävän vaikutuksen, joka on päinvastainen kuin voisi odottaa: pienemmän tehon laturi voisi tuottaa enemmän energiaa suuremmalla teholla kuin tehokkaampi laturi, joka käyttää samaa laitetta."

Ryhmän tutkima ICO-ilmiö voisi löytää käyttötarkoituksia muuallakin. Taustalla olevat periaatteet, mukaan lukien tässä esiin tullut käänteinen vuorovaikutusvaikutus, voisivat parantaa muiden tehtävien suorituskykyä, jotka liittyvät termodynamiikkaan tai prosesseihin, joihin liittyy lämmönsiirtoa.

Yksi lupaava esimerkki ovat aurinkopaneelit, joissa lämpövaikutukset voivat vähentää niiden tehokkuutta, mutta ICO:ta voitaisiin käyttää lieventämään niitä ja parantamaan tehokkuutta.

Aiheesta aiemmin:

Superabsorptio avaa tietä kvanttiakuille