Riken Kuantum Bilgi İşlem Merkezi ve Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar, fotonik dalga kılavuzlarının topolojik özelliklerini ve iki seviyeli atomların kuantum etkilerinden yararlanan yenilikçi bir cihazın nasıl tasarlanabileceğini gösteren teorik bir analiz gerçekleştirdiler. İşte yayınlanan iş Fiziksel İnceleme Mektuplarınano ölçekli enerji depolama, optik kuantum iletişimi ve dağıtılmış kuantum bilgi işlem uygulamaları için umut vaat eder.
Çevresel sürdürülebilirliğin önemi konusundaki küresel farkındalıkla birlikte, yeni nesil enerji depolama cihazlarının geliştirilmesi kritik bir öncelik haline gelmiştir. Kuantum piller – kimyasal reaksiyonlar yoluyla enerjiyi depolayan klasik pillerin aksine, süperpozisyon, dolaşma ve tutarlılık gibi kuantum özelliklerine dayanan hipotetik minyatür cihazlar – enerjinin depolanmasını ve aktarımını artırma potansiyeline sahip.
Mekanik bir perspektiften bakıldığında, gelişmiş şarj gücü, artan kapasite ve üstün çalışma ekstraksiyon verimliliği de dahil olmak üzere klasik pillere göre potansiyel performans avantajları sunarlar.
Kuantum piller için çeşitli öneriler ortaya konmuş olsa da, bu tür cihazların pratik olarak gerçekleştirilmesi zor olmaya devam etmektedir. Uzaktan şarj ve enerji dağılmasını içeren pratik senaryolarda, kuantum piller enerji kaybı ve dekolozdan önemli ölçüde etkilenir, bu da kuantum sisteminde bir kuantum sisteminde, dolaşım ve süperpozisyon gibi temel özelliklerini kaybettiği ve yetersiz performansa neden olur.
Enerji kaybı ile ilgili olarak, topolojik olmayan dalga kılavuzları kullanan fotonik sistemlerde-örneğin bükülmeden etkilenen dalga kılavuzları-fotonları kanalize etmek için, fotonların dalga kılavuzu içindeki dağılımı nedeniyle enerji depolama verimliliği önemli ölçüde bozulur. Diğer engeller, hepsi decerherens’i indükleyen ve pillerin performansını bozan çevresel dağılma, gürültü ve bozukluk sayılabilir.
Bu çalışmada, ortak araştırma ekibi, kuantum pillerin pratik performansını engelleyen iki uzun süredir devam eden zorluğu ele almak için teorik bir çerçevede analitik ve sayısal yöntemler kullanmıştır.
Topolojik özelliklerden yararlanarak-bükülme veya bükme gibi sürekli deformasyonlar altında değişmeden kalan bir malzemenin özellikleri-kuantum pillerin mükemmel uzun mesafeli şarj ve dağılma bağışıklığına ulaşmanın fizibilitesini gösterdiler. Şaşırtıcı bir şekilde, tipik olarak pil performansına zararlı olarak kabul edilen dağılımın, kuantum pillerin şarj gücünü geçici olarak arttırmak için de kullanılabileceğini buldular.
Topolojik kuantum pilleri pratik uygulamalar için mümkün kılabilecek birkaç temel avantaj gösterdiler. Önemli bir bulgu, fotonik dalga kılavuzlarının topolojik özelliklerinden yararlanarak mükemmel enerji transferi elde etmenin mümkün olmasıydı.
Diğer önemli bulgu, şarj cihazı ve pil aynı bölgeye yerleştirildiğinde, sistemin tek bir sublatya ile sınırlı dağılma bağışıklığı sergilemesidir.
Buna ek olarak, araştırma ekibi, dağılımın kritik bir eşiği aştıkça, şarj gücünün geçici bir geliştirmeye maruz kaldığını ve dağılmanın her zaman performansı engellediği geleneksel beklentisini kırdığını ortaya koydu.
“Araştırmamız topolojik bir perspektiften yeni bilgiler sunuyor ve bize yüksek performanslı mikro-enerji depolama cihazlarının gerçekleştirilmesine yönelik ipuçları veriyor. Uzun mesafeli enerji iletimi ve dağılmasından kaynaklanan kuantum pillerin pratik performans sınırlamalarını aşarak, teoriden kuantum pillerin pratik uygulamasına geçişini hızlandırmayı umuyoruz.” Dedi.
Uluslararası araştırma ekibinin karşılık gelen yazarı Cheng Shang, “Teorik çalışma ile kuantum cihazların pratik konuşlandırılması arasındaki boşluğu kapatmak için çalışmaya devam edeceğiz – uzun zamandır tasarladığımız kuantum döneminde.”
