در سالهای اخیر، نگرانیهای زیستمحیطی محققان را به سمت جستجوی راهکارهای نوین ذخیرهسازی انرژی سوق داده است. در این مسیر، دانشمندان ژاپنی به یک پیشرفت نظری چشمگیر دست یافتهاند؛ آنها موفق شدهاند مانع اصلی گسترش باتریهای کوانتومی، یعنی اتلاف انرژی، را برطرف سازند. این دستاورد که اکنون در قالب یک چارچوب نظری ارائه شده، پتانسیل دارد نحوه ذخیره و انتقال نیرو را در آینده به طور بنیادین متحول کند.
بر اساس گزارشی از ScienceDaily، باتریهای کوانتومی دستگاههایی هستند که به جای واکنشهای شیمیایی سنتی، از پدیدههای کوانتومی نظیر برهمنهی، درهمتنیدگی و همدوسی برای ذخیره انرژی بهره میبرند. در تئوری، این باتریها مزایای قابلتوجهی نسبت به نمونههای معمولی دارند؛ از جمله شارژ سریعتر، ظرفیت بالاتر و بازدهی بهینهتر.
با وجود سالها تلاش، محققان تاکنون نتوانستهاند باتریهای کوانتومی را به صورت عملی بسازند. در شرایط واقعی، این سیستمها در برابر اتلاف انرژی و ناهمدوسی (Decoherence) بسیار آسیبپذیرند. ناهمدوسی فرایندی است که در آن سیستمهای کوانتومی ویژگیهای حیاتی خود، مانند درهمتنیدگی، را از دست میدهند که منجر به افت شدید کارایی میشود. در سیستمهای فوتونی (نوری)، هرگونه نقص جزئی یا خمیدگی در «موجبر» (کانالی که فوتونها را هدایت میکند) باعث پراکندگی فوتونها و کاهش شدید بازدهی انرژی میگردد.
🔗 بیشتر بخوانید: پیشنویس ۲ سند برای دریافت نظرات نخبگان انتشار شد_به رنگ صبح
راهکار غلبه بر چالشهای باتریهای کوانتومی
برای مهار این مشکلات، محققان مرکز RQC ژاپن و دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ چین با بهرهگیری از مدلسازی تحلیلی و عددی در یک چارچوب نظری، از «خواص توپولوژیک» استفاده کردند. این ویژگیها مشخصات مادهای هستند که حتی در صورت خمیدگی یا پیچش ساختار، بدون تغییر باقی میمانند.
محققان اثبات کردند که با بهرهبرداری از این خواص در موجبرهای فوتونی، میتوان به دستاوردهای بزرگی دست یافت. به بیان دقیقتر، این پژوهش نشان داد که موجبرهای فوتونی توپولوژیک امکان «انتقال تقریباً کامل انرژی» را فراهم میآورند. بدین معنا که وقتی شارژر کوانتومی و باتری کوانتومی در یک زیرشبکه واحد قرار گیرند، حداکثر انرژی قابل استخراج در برابر اتلاف انرژی در آن نقطه خاص، حفظ میشود.
در یک نتیجهگیری غیرمنتظره، محققان دریافتند که «اتلاف انرژی» که طبق معمول کارایی را تضعیف میکند، میتواند تحت شرایط خاصی به طور موقت قدرت شارژ را افزایش دهد. آنها متوجه شدند وقتی اتلاف انرژی از یک سطح بحرانی فراتر رود، قدرت شارژ یک «افزایش کوتاهمدت اما محسوس» را تجربه میکند. این یافتن باور سنتی را که اتلاف انرژی همیشه مضر است، زیر سوال برده است.
🔗 بیشتر بخوانید: چری تیگو ۸ تازه در دو تیپ پلاس و L به بازار میآید_به رنگ صبح
یافتههای این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
