Bateriile cuantice ale viitorului ar putea câștiga încărcare încălcând legile convenționale ale cauzalității, au arătat cercetările.
Bateriile convenționale se încarcă prin conversia energiei electrice în energie chimică la scara unui număr mare de electroni.
Dar, într-un nou experiment de demonstrare a principiului, cercetătorii au demonstrat cum un efect cuantic ciudat poate duce la bateriile care se încarcă mai repede și cu mai multă eficiență prin amestecarea cauzei și efectului, potrivit cercetării din 14 decembrie în jurnal. Scrisori de revizuire fizică.
Legate de: Electricitatea curge ca apa în „metale ciudate”, iar fizicienii nu știu de ce
Cauzalitatea, sau relația dintre cauză și efect, nu este întotdeauna simplă mecanica cuanticăregulile ciudate care guvernează lumea celor foarte mici.
„În mod normal, dacă evenimentul A vine primul și provoacă evenimentul B, se presupune că B nu poate provoca la rândul său A în același timp”, al doilea autor. Yuanbo Chen, un fizician la Universitatea din Tokyo, a declarat pentru Live Science. „Cu toate acestea, progresele recente în fizica teoretică sugerează că, în anumite cadre, scenariile în care „A cauzează B” și „B cauzează A” ar putea fi simultan adevărate.”
Principiul suprapunerii cuantice permite particulelor să existe în multe stări diferite simultan, cel puțin până când sunt observate și „alege” o stare în care să aterizeze.
Orice proprietate a unui obiect cuantic (cum ar fi impulsul său, locația sau, în renumitul caz al Pisica ipotetică a lui Erwin Schrödinger, indiferent dacă este viu sau nu) poate exista în suprapunere – un amestec probabilistic al fiecărei stări posibile care se prăbușește într-un rezultat definit doar atunci când obiectul este văzut.
Această realizare i-a determinat pe fizicieni să efectueze tot felul de experimente bizare care contrazice noțiunile noastre intuitive despre ceea ce ar trebui să fie posibilinclusiv cele în care o singură particulă poate să existe și să nu existe în multe locuri diferite în același timp.
Dar suprapunerea nu se încurcă doar cu simțul nostru intuitiv al spațiului, ci ne confruntă și sentimentul cauzalității. În 2009, fizicienii a folosit un dispozitiv numit comutator cuantic pentru a observa un fenomen numit ordine cauzală nedefinită. Trimițând o particulă de lumină sau un foton pe o pereche de căi divergente, fizicienii l-au făcut să se împartă în două versiuni posibile ale ei înșiși – una care a urmat prima cale, iar cealaltă pe a doua.
Apoi, în funcție de calea pe care a urmat-o fotonul, fizicienii au aplicat două procese diferite într-o ordine diferită, în funcție de cale. Rezultatul a fost un foton care avea cauzalitatea amestecată: era într-o suprapunere cuantică în care ambele ordine de evenimente erau adevărate.
„Spunem că avem două procese: A și B”, a spus Chen. „Cu un comutator cuantic, puteți crea o suprapunere a (Aplicați mai întâi A și apoi B) și (Aplicați mai întâi B și apoi A).”
Chen și colegii săi s-au întrebat dacă ar putea încorpora acest lucru într-o baterie cuantică, un dispozitiv propus care ar putea, teoretic, să stocheze energia fotonilor și să se încarce mai repede decât bateriile electrochimice convenționale.
Ei au comparat trei metode de încărcare: conectarea a două încărcătoare la o baterie secvenţial, simultan sau într-o suprapunere care a făcut imposibilă spunerea ordinii de intrare.
Calculele lor au arătat că metoda de suprapunere ar permite unui încărcător de putere redusă, amestecat cauzal, să furnizeze mai multă energie mai eficient decât un încărcător convențional de mare putere.
Ei și-au continuat calculele cu un experiment de demonstrare a principiului folosind lumină. Trimitând fotoni printr-un comutator cuantic cu două căi posibile, cercetătorii au împărțit particulele de lumină în două versiuni posibile ale lor, fiecare traversând o cale diferită.
Apoi, după ce au supus lumina la două intrări care le-ar polariza într-o ordine diferită (A apoi B sau B apoi A) în funcție de calea pe care se aflau, cercetătorii au măsurat polarizarea la sfârșit și au descoperit că fotonii individuali au fost amestecat cauzal.
După ce le-au testat protocolul, oamenii de știință spun că următoarea lor provocare este să creeze o baterie cuantică fizică care să poată menține încărcarea. Cu toate acestea, prima dovadă experimentală pentru o baterie cuantică a fost publicat doar anul trecutașa că s-ar putea să nu se întâmple prea curând.
„Având în vedere situația actuală caracterizată de eforturi experimentale limitate și de explorare teoretică în curs de desfășurare în domeniul bateriilor cuantice, este o provocare să estimăm o cronologie precisă pentru obținerea unor rezultate concludente”, a spus Chen.