Bir Kuantum Pili İlk Kez Klasik Bir Pili Geride Bıraktı

Bir Kuantum Pili İlk Kez Klasik Bir Pili Geride Bıraktı

Bu haberi okuduğunuzda şunları öğreneceksiniz:

• On yıldan uzun süredir bilim insanları, elektron veya iyon yerine foton kullanarak enerji depolayan bir "kuantum pili" geliştirmenin yollarını araştırıyor.

• Kuantum piller, süper emilim ve kuantum dolanıklığı gibi özellikleri sayesinde teorik olarak klasik pillerden daha hızlı şarj olabilse de, bu tür bir "kuantum avantajı"nı gösteren çok az kanıt mevcut.

• Yeni bir çalışmada, bilim insanları bilinen kuantum hız sınırına ulaşan ve klasik pillere göre ölçülebilir bir avantaj sağlayan bir model pil geliştirdiler, ancak böyle bir cihazın inşası hala oldukça karmaşık.

Son birkaç on yılda, her klasik teknoloji parçasının bir kuantum karşılığı olduğu görülüyor. Elbette insanlar en çok zamanı ve kaynağı kuantum bilgisayarları geliştirmeye harcıyorlar, ancak kuantum internet, kuantum kriptografisi ve evet, kuantum yapay zeka gibi alanlarda da gelişmeler var.

Ancak, bu teknolojilerden pek fazla ilgi görmeyen biri kuantum pilleridir. Adından da anlaşılacağı gibi, kuantum piller, klasik elektrokimyasal pillerde olduğu gibi elektronlar veya iyonlar yerine, ışık parçacıkları ve elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan fotonları kullanarak enerji depolar. Ancak 2012'deki tanıtımlarından bu yana, bilim insanları teknolojinin "kuantum avantajını" henüz ikna edici bir şekilde ortaya koyamadılar: Bir kuantum pili, gerçekten de sıradan, eski klasik pillerin işlev ve kapasitesini aşıyor mu?

Ancak kuantum pillerin kendine özgü birkaç özelliği var. Kuantum dolanıklığı ve süper emilim gibi özellikler sayesinde (ışığın emilim hızı molekül sayısına bağlı olarak artar), kuantum piller en iyi klasik pillerden bile çok daha hızlı şarj olabilir. Ve şimdi, yeni bir çalışma, bu yeni pil türünde kuantum avantajının ilk kanıtını gösteriyor.

Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bir makalede, Paris'teki PSL Araştırma Üniversitesi ve Pisa Üniversitesi'nden bilim insanları, mikroskobik ölçekte basit bir kuantum pil modelini nasıl geliştirdiklerini anlatıyor. Yani, hayır, bu pil iPhone'unuzu yakın zamanda şarj etmeyecek. Ancak bu pil, potansiyel olarak çığır açabilecek bu teknoloji parçalarını geliştirme çabalarına büyük bir ivme kazandırıyor.

Yazarlar Phys.org'a, "Modelimiz iki eşleşmiş harmonik osilatörden oluşuyor: biri 'şarj cihazı', diğeri ise 'pil' görevi görüyor," dedi. "Kuantum avantajını sağlayan temel bileşen, şarj işlemi sırasında iki osilatör arasındaki anharmonik etkileşimdir. Bu anharmonik eşleşme, sistemin klasik olmayan, dolanık durumlara erişmesine olanak tanır […] ve bu da klasik dinamiklere göre daha hızlı enerji transferi sağlar."

Araştırmacılar ayrıca, pilin teorik olarak kuantum sistemindeki maksimum değişim oranı olan kuantum hız sınırına (QSL) ulaşabileceğini de gösterdi. Bu, klasik pillerin performansını kesinlikle aşacaktır.

Bu, kuantum pilinin ilk teorik modeli değil. Geçen yıl bir grup araştırmacı, bir sistemin kuantum özelliklerini kaybetme süreci olan "dekoherans"tan kaçınmak için ara boşluklar kullanan, atom büyüklüğünde bir kuantum pil modeli geliştirdi. Ancak bu örneklerin her ikisi de yalnızca teorik modellerdir; pratik bir cihaz inşa etmek bambaşka bir konudur. Araştırmacılar, kuantum pillerinin günlük uygulamalardan hâlâ oldukça uzak olduğuna inanmalarının nedeni budur. Bu yeni makalenin yazarları, pillerinin neredeyse mutlak sıfır sıcaklıklarda sıfır elektrik direncine sahip süperiletken devreler kullanılarak üretilmesi gerektiğini söylüyor.

Yazarlar Phys.org'a, "Bildiğimiz kadarıyla bu çalışma, çözülebilir bir modelde gerçek bir kuantum avantajının ilk titizlikle onaylanmasını sağlıyor," dedi. "Çalışmamızın bu heyecan verici konu hakkında daha fazla araştırmayı teşvik etmesini ve hem teorik hem de deneysel alanlarda ilerlemeyi desteklemesini umuyoruz."

Kaynak: Popular Mechanics