Italienische Physiker haben ein neues Konzept einer Quantenbatterie vorgeschlagen, die auf verschränkten Qubits basiert und mit vorhandenen Technologien implementiert werden kann. Sie hoffen, innerhalb von drei Jahren einen Fünf-Qubit-Prototyp zu erstellen. Ein Artikel mit den Ergebnissen wurde in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Vor einigen Jahren schlugen Physiker die theoretische Idee einer Quantenbatterie vor, die Energie nicht in Form chemischer Verbindungen, sondern dank der angeregten Zustände von Quantenobjekten speichert. Die meisten dieser Arbeiten wurden von Forschern der Quanteninformationstheorie verfasst, die sich für grundlegende Theoreme über die Grenzen der Energiespeicherung und -übertragung interessieren. In einer neuen Arbeit haben Physiker ein Schema vorgeschlagen, das in die Praxis umgesetzt werden kann.
Italienische Physiker haben vorgeschlagen, supraleitende Schaltungen oder Halbleiterquantenpunkte als Qubits zu verwenden. In der einfachsten Version, die von den Autoren betrachtet wird, müssen sie zwei Energieniveaus haben - gemahlen und angeregt. Alle Qubits werden in einen gemeinsamen optischen Resonator gebracht, wo sie gleichzeitig in einen angeregten Zustand umgewandelt und durch eine Aktion, beispielsweise einen Laserpuls einer bestimmten Energie, verwickelt werden können. Laut Wissenschaftlern steigt daher die Leistung, mit der Sie den Akku aufladen können, proportional zur Quadratwurzel der Qubits. Gleichzeitig ändert sich dieser Wert für eine Batterie eines Qubit-Arrays in separaten Resonatoren nicht, wenn neue Elemente hinzugefügt werden.
Die Autoren stellen fest, dass das vorgeschlagene System keine thermodynamischen Gesetze verletzt, da es einen intensiveren Energiefluss von der Quelle zur Batterie verwendet, als dies für andere Geräte akzeptabel ist. Physiker bemerken auch, dass solche Geräte moderne Batterien nicht ersetzen werden. Trotz der nahezu theoretischen Ladegeschwindigkeit entladen sie sich auch extrem schnell - im Nanosekundenbereich. Darüber hinaus haben sie im Vergleich zu chemischen Elementen eine winzige Kapazität: Die typische Energiedifferenz zwischen den Pegeln eines Qubits beträgt 0,001 Elektronenvolt, während moderne Laptop-Batterien etwa 1024 eV speichern. Daher kann das Hauptanwendungsgebiet für solche Batterien das Gebiet des Quantencomputers sein. In diesem Fall läuft die Batterie im Quantencomputer in einem Zyklus:Jedes Qubit wird aufgeladen, während der Computer dem nächsten Energie entnimmt, um Berechnungen durchzuführen.
Nikolay Khizhnyak
