Найден способ остановить саморазряд квантовых батарей с помощью алмазов

Михаил Года

Основные тезисы

Ученые разработали квантовую батарею с использованием азотно-вакансионных центров в алмазах, что позволяет быстрее заряжаться и уменьшает саморазряд.
Это открытие решает проблему декогеренции квантовых батарей и может иметь применение в квантовых компьютерах и энергоэффективных устройствах.
Предварительные тесты показали, что новая батарея более устойчива к декогеренции по сравнению с другими прототипами.

Дефекты в алмазах помогут революционизировать квантовые батареи / Unsplash

Ученые разработали инновационный подход к созданию квантовых батарей с использованием дефектов в алмазах для преодоления проблемы саморазряда. Эта технология обещает более быструю зарядку и большую энергоэффективность по сравнению с традиционными батареями, открывая новые возможности для энергетики будущего.

Исследователи из Хубэйского университета, Академии наук Китая и Ланьчжоуского университета предложили революционное решение базовой проблемы квантовых аккумуляторов, информирует 24 Канал со ссылкой на Phys.org и исследование ученых опубликовано в Physical Review Letters.

Что следует понимать?

Квантовые батареи (QB) – это перспективные устройства для хранения энергии, которые могут стать альтернативой классическим аккумуляторам. Они используют принципы квантовой механики, такие как запутанность и суперпозиция, чтобы обеспечить более быструю зарядку и большее количество энергии, которую можно получить.

Однако их развитие сдерживается проблемой декогеренции – потери квантовых свойств из-за взаимодействия с окружающей средой, что приводит к саморазряду, то есть спонтанному высвобождению энергии.

Важно понимать, что квантовая батарея – это не обычный аккумулятор, а устройство, которое работает на основе поведения частиц на атомном уровне. Запутанность означает, что частицы в батарее могут быть связаны между собой независимо от расстояния, а суперпозиция позволяет им находиться в нескольких состояниях одновременно, что теоретически повышает эффективность хранения энергии.

Как эту проблему решили ученые?

Они разработали квантовую батарею, которая использует азотно-вакансионный центр (NV-центр) в алмазе как среду для хранения энергии.

NV-центр – это дефект в структуре алмаза, где два соседних атома углерода заменены на атом азота и вакансию (пустое место). Этот дефект имеет уникальные свойства, которые позволяют уменьшить саморазряд без внешнего вмешательства.

Уникальность нового подхода заключается в том, что NV-центр в алмазе имеет специфическое взаимодействие между электронным спином и ядром атома азота, что позволяет оптимизировать соотношение между когерентной (стабильной) и некогерентной (менее стабильной) энергией, которая сохраняется.

Это уменьшает скорость саморазряда и одновременно максимизирует количество энергии, которую можно использовать. Предыдущие тесты показали, что такая батарея значительно устойчивее к декогеренции по сравнению с другими прототипами.

Почему это важное открытие?

Этот прорыв не только решает одну из ключевых проблем квантовых батарей, но и создает платформу для экспериментов с открытыми квантовыми системами. В будущем исследователи планируют разработать модели батарей со многими элементами, которые могли бы использовать преимущества квантовой запутанности для еще большей мощности и емкости.

Такие технологии могут найти применение в квантовых компьютерах, энергоэффективных устройствах и даже в бытовой электронике, хотя до практического внедрения еще далеко.

Ученые неустанно работают над развитием квантовых технологий. Например, недавно группе ученых удалось создать "магические состояния", которые сделают квантовые вычисления полезными, поскольку это может привести к созданию безошибочных квантовых компьютеров.