Kvantové batérie by sa mohli nabíjať porušením nášho chápania času
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 20. 12. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Kauzalita je kľúčom k našej skúsenosti s realitou: napríklad pád pohára spôsobí jeho rozbitie, takže sa nemôže rozbiť skôr, ako spadne. Ale v kvantovom svete tieto pravidlá nemusia nevyhnutne platiť a vedci teraz ukázali, ako možno túto podivnosť využiť na nabíjanie kvantovej batérie.
V istom zmysle by sa dalo povedať, že kvantové batérie sú poháňané paradoxmi. Na papieri fungujú tak, že ukladajú energiu v kvantových stavoch atómov a molekúl, no samozrejme, akonáhle na scénu vstúpi slovo „kvantový“, viete, že sa stanú čudné veci. V tomto prípade nová štúdia zistila, že kvantové batérie by mohli fungovať tak, že porušujú príčinu a následok, ako to poznáme.
„Súčasné batérie pre nízkoenergetické zariadenia, ako sú smartfóny alebo senzory, zvyčajne používajú na ukladanie náboja chemikálie, ako je lítium, zatiaľ čo kvantová batéria využíva mikroskopické častice, ako sú zoskupenia atómov,“ povedal Yuanbo Chen, autor štúdie. „Zatiaľ čo chemické batérie sa riadia klasickými fyzikálnymi zákonmi, mikroskopické častice sú vo svojej podstate kvantové, takže máme šancu preskúmať spôsoby ich použitia, ktoré ohýbajú alebo dokonca narúšajú naše intuitívne predstavy o tom, čo sa deje v malých mierkach. Zaujíma ma najmä spôsob, akým kvantové častice dokážu porušiť jednu z našich najzákladnejších skúseností, ktorou je chápanie času.“
V klasickej fyzike je kauzalita jasne lineárna. Ak sa vrátime k predchádzajúcej analógii, pád pohára (udalosť A) spôsobí jeho rozbitie (udalosť B), no vzťah medzi týmito dvoma udalosťami nemôžete zvrátiť. Pohár nespadol, pretože bol rozbitý. No v „strašidelnej“ sfére kvantovej fyziky toto obmedzenie platiť nemusí. A vpustenie tohto paradoxu do kvantovej batérie by mohlo pomôcť ich zefektívniť.
V novej štúdii vedci z Tokijskej univerzity uskutočnili laboratórny experiment s použitím laserov, šošoviek a zrkadiel, ktoré fungujú ako rozsiahla kvantová batéria. Nabíjanie týchto batérií by si zvyčajne vyžadovalo viacero fáz nabíjania, ktoré fungujú jeden po druhom, ale tu tím využil kvantový efekt nazývaný ako neurčitý kauzálny poriadok (Indefinite Causal Order - ICO). V zásade, akonáhle privedú systém do kvantovej superpozície, kauzálny poriadok môže existovať v oboch smeroch súčasne, čo umožňuje viacnásobným nabíjacím krokom spolupracovať, a nie postupne.
„S ICO sme ukázali, že spôsob, akým nabíjate batériu zloženú z kvantových častíc, môže drasticky ovplyvniť jej výkon,“ povedal Chen. „Videli sme obrovské zisky v oblasti energie uloženej v systéme a tepelnej účinnosti. A trochu neintuitívne sme objavili prekvapivý efekt interakcie, ktorá je opakom toho, čo by ste mohli očakávať: Nabíjačka s nižším výkonom môže poskytnúť vyššiu energiu s vyššou účinnosťou ako nabíjačka s porovnateľným vyšším výkonom, ktorá používa rovnaký prístroj.“
Pre väčšinu ľudí to môže byť ťažké na pochopenie, no kvantové batérie by sa jedného dňa mohli stať realitou. V súčasnosti existujú iba ako laboratórne experimenty, ale vedci pomaly testujú ich rôzne aspekty s konečným cieľom prísť na to, ako spojiť rôzne časti do fungujúceho celku.
Výskum bol nedávno publikovaný v magazíne Physical Review Letters.
