- Dalgalı yüklü parçacıkların doğasına dayanan kuantum piller, enerji depolamayı devrim niteliğinde değiştiriyor ve hızlı şarj özellikleri sunuyor.
- Araştırmacılar, süper pozisyon durumundaki bir kuantum biti kullanarak bu konsepti pratik bir sisteme dönüştürmeyi başardı.
- Bu protokol, kuantum pillerin hem hızlı hem de verimli bir şekilde enerji depolayıp aktarabileceğini gösterdi ve gelecekte enerji depolama çözümleri için umut vadediyor.
Dalgalı yüklü parçacıkların doğasına dayanan piller, enerji depolamayı devrim niteliğinde değiştiriyor ve geleneksel elektrokimyasal hücrelerin asla yönetemeyeceği kadar hızlı ve fazla enerji depoluyor.
Ulusal Cheng Kung Üniversitesinden bir fizikçi ekibi tarafından geliştirilen yeni bir protokol, hızlı şarj olan bir kuantum pilin temel prensiplerini pratik bir sisteme dönüştürüyor; bir pilin süper pozisyonunun enerjiyi hızlı ve verimli bir şekilde depolamak için nasıl kullanılabileceğini gösteriyor.
Kuantum fiziğinin temelinde, tüm maddelerin uzay ve zaman boyunca yayılan dalga benzeri bir kimliğe sahip olduğu ilkesi yatıyor. Gerçeklik deneyimimize ne kadar aykırı gelse de bu dalgalar bir nesnenin, ister elektron, molekül, kedi veya bir gezegen olsun, özelliklerini süperpozisyon olarak adlandırılan bir olasılık spektrumu olarak temsil ediyor.
Son yıllarda araştırmacılar, süper pozisyonda bir veya daha fazla nesnenin bir motor içindeki ısıtılmış malzemenin kaotik hareketiyle ortak bir şeylere sahip olup olmadığını merak ettiler. Bu kuantum fenomenine erişmek, enerji transferi ve depolamanın yeni yollarını sağlayabiliyor.
Kavram olarak hoş bir fikir olsa da kuantum ısı motorlarının teorisini çalışan bir cihaza dönüştürmek, çok fazla enerji israf etmeyen uygun süreçlerin belirlenmesini gerektiriyor. Araştırmacılar, bir parçacığın süper pozisyonunu kullanarak varsayımsal bir kuantum pili şarj etme yaklaşımlarını deneysel olarak değerlendirerek bulanık durumunun gerçekten enerji transfer edip etmediğini belirlediler.
Gerçek bir pil yerine, ekip sadece bir süper pozisyon durumu olarak bilinen bir kuantum biti (qubit) kullanarak enerji kazanabilen tuzaklanmış iyon kullandı. İyonu, geçtiği dalga türlerini sınırlayan yansıtıcı bir boşluktan geçerken enerjiyi depolayıp depolayamayacağını görmek için bir cihazdan geçirdiler. Ekip, iyonun dalgasını iki demete bölen bir cihazdan geçirerek pilin enerjiyi depolama yeteneğini, ayrı dalgaların tek bir boşlukta birden çok giriş noktasından geçip geçmediğini karşılaştırdı. İyonun süper pozisyonunun gerçekten verimli şarja olanak tanıdığını bulmakla kalmadılar; aynı zamanda “birçok kapı, bir oda” yaklaşımının, kuantum pilinin herhangi bir şarj noktasında depolanan enerjiyi işe dönüştürme yeteneği olan “mükemmel şarj fenomeni” olarak adlandırdıkları bir etkiye yol açabileceğini teorik olarak gösteren bir girişim etkisi oluşturduğunu da keşfettiler.
Bir ışın ayırıcıdan geçen bir kuantum biti, birden fazla yörüngeden geçerek (a) birden fazla “yükleme” boşluğuna ve (b) tek bir “yükleme” boşluğuna giriyor.
Ayrıca sürecin ölçeklenebilir olduğunu, birden fazla kuantum biti boşluktan geçirildiğinde bile girişim etkisinin devam ettiğini gösterdiler.
IBM Kuantum Platformu ve IonQ’nun kuantum donanımı üzerinde süreci gerçekleştirerek protokollerinin bir kavram kanıtını ve benzer bir sistemin hızlı şarj etme ile kuantum sistemden güç çıkarma konusunda enerji açısından verimli olma potansiyeline sahip olabileceğini gösterdiler.
Bir kuantum biti temel fiziği simüle edebilse de protokolü daha pratik ve pil benzeri bir şeye dönüştürmek için yeni yöntemler gerekecek.
Yine de deney, fizik yasalarında kuantum alanını uzun ömürlü, hızlı şarj olan enerji depolama için kullanmamızı engelleyen bir şey olmadığını gösteriyor. Dünya fosil yakıtlardan vazgeçtikçe ve yenilenebilir kaynaklardan üretilen elektriği depolamanın yollarını aradıkça hızlı bir şekilde önemli miktarda enerjiyi emebilen ve tutabilen sağlam piller giderek daha önemli hale gelecek.
Derleyen: Eliz Canyurt
Kaynak: https://www.sciencealert.com/radical-quantum-breakthrough-could-charge-batteries-in-a-snap
