Квантовые батареи столкнулись с фундаментальным ограничением — ученые нашли компромисс

Квантовые батареи в будущем могут заряжаться значительно быстрее традиционных накопителей энергии, однако высокая мощность имеет свою цену. Физики выяснили, что одновременно добиться максимальной мощности и стабильной отдачи энергии невозможно, но нашли способ приблизиться к оптимальному балансу.

Квантовые батареи столкнулись с фундаментальным ограничением — ученые нашли компромисс

Международная группа физиков обнаружила фундаментальное ограничение, которое придется учитывать при разработке квантовых батарей. Оказалось, что увеличение мощности таких устройств неизбежно сопровождается усилением колебаний при передаче энергии — то есть батарея становится менее стабильной.

Квантовые батареи пока существуют преимущественно в виде экспериментальных систем, способных хранить энергию лишь наносекунды или микросекунды. В отличие от обычных аккумуляторов, они используют эффекты квантовой механики и потенциально позволяют коллективно заряжать множество ячеек. Теоретически это дает возможность увеличивать скорость зарядки вместе с размером устройства.

До сих пор исследователей особенно интересовало, насколько быстро можно заряжать квантовые батареи и какой максимальной мощности они способны достичь. Новая работа показала, что не менее важным параметром должна стать стабильность отдачи энергии.

Причина скрывается в самой квантовой механике. Работа и мощность в квантовой батарее описываются некоммутирующими операторами, поэтому соответствующие им колебания нельзя одновременно сделать сколь угодно малыми. В результате возникает своеобразный компромисс: повышение мощности сопровождается снижением предсказуемости передачи энергии.

Особенно хорошо эффект проявляется при коллективной зарядке, когда множество квантовых ячеек взаимодействуют как единая система. Такой подход позволяет заметно повысить мощность, но одновременно усиливает ее колебания.

Исследователи, однако, нашли возможный компромисс. Вместо полностью независимой или полностью коллективной зарядки можно объединять квантовые ячейки в отдельные взаимодействующие группы. Такая гибридная схема позволяет получить прирост мощности, сохраняя более стабильную передачу энергии.

Практических квантовых батарей это открытие пока не обещает. Следующим этапом станет проверка выявленных ограничений в более реалистичных условиях с учетом шума, потерь энергии и особенностей экспериментальных квантовых систем. Однако результаты дают физикам более четкое представление о том, какими придется проектировать квантовые батареи, если технология однажды выйдет за пределы лабораторий.

Читайте также

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»

Google открыла SynthID для всех — сервис помогает распознавать изображения и видео, созданные ИИ

Google открыла SynthID для всех — сервис помогает распознавать изображения и видео, созданные ИИ

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

В Казахстане кошек с камерами и ИИ отправили искать пропавших питомцев

В Казахстане кошек с камерами и ИИ отправили искать пропавших питомцев

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

NASA показало марсианский рассвет: Curiosity снял горные хребты на склонах горы Шарп

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

BMW представила iX3 M60 xDrive: 612 л.с., разгон до сотни за 3,9 секунды и запас хода 755 км

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет

Астрономы обнаружили рекордный радиовсплеск, летевший к Земле 11 миллиардов лет