안정적이고 새로운 양자 배터리는 에너지를 전자기장에 안정적으로 저장할 수 있습니다.

[아름이]

안정적이고 새로운 양자 배터리는 에너지를 전자기장에 안정적으로 저장할 수 있습니다.
날짜:2022년 8월 24일
원천:기초과학연구원
요약:
연구원들은 마이크로메이저가 미래의 양자 배터리를 위한 훌륭한 모델이 될 수 있다고 제안했습니다.

양자 기술, 즉 양자 역학 시스템을 구축하고 조작하여 얻은 기술적 장치는 최근 현실이 되고 있습니다. 가장 눈에 띄는 예는 정보 단위인 비트가 비공식적으로 큐비트라고 불리는 양자 역학 대응물로 대체되는 양자 컴퓨터에 의해 확실히 제공됩니다. 고전 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨터는 고전 컴퓨터를 사용하여 도달할 수 없는 계산 문제를 해결하고 해결하기 위해 큐비트의 완전한 양자 역학 기능을 사용할 것을 약속합니다. 예를 들어, 캐나다 회사인 Xanadu는 최근 자사의 양자 컴퓨터가 최첨단 슈퍼컴퓨터를 사용하여 9000년이 걸렸을 계산 작업을 단 36마이크로초 만에 해결할 수 있다고 주장했습니다.

양자 기술이 작동하려면 에너지가 필요합니다. 이러한 간단한 고려로 인해 지난 10년 동안 연구자들은 에너지 저장 장치로 사용되는 양자 역학 시스템인 양자 배터리에 대한 아이디어를 개발하게 되었습니다. 아주 최근에 한국 기초과학연구원(IBS) 내 복합 시스템 이론 물리학 센터(PCS)의 연구원들은 양자 배터리의 가능한 충전 성능에 엄격한 제약을 가할 수 있었습니다. 특히, 그들은 양자 배터리의 수집이 고전적인 충전 프로토콜에 비해 충전 속도의 엄청난 향상을 가져올 수 있음을 보여주었습니다. 이는 양자 배터리의 셀을 동시에 충전할 수 있는 양자 효과 덕분입니다.

이러한 이론적 성취에도 불구하고 양자전지의 실험적 실현은 여전히 ​​부족하다. 최근에 주목할만한 유일한 반대 사례는 에너지 저장 목적으로 2단계 시스템(방금 소개된 큐비트와 매우 유사) 모음을 사용했으며 에너지는 전자기장(레이저)에 의해 제공됩니다.

현재 상황을 감안할 때 양자 배터리로 사용할 수 있는 새롭고 더 접근 가능한 양자 플랫폼을 찾는 것이 가장 중요합니다. 이러한 동기를 염두에 두고 같은 IBS PCS 팀의 연구원들은 Giuliano Benenti(University of Insubria, Italy)와 협력하여 과거에 많이 연구되었던 양자 역학 시스템인 마이크로메이저를 최근에 재검토하기로 결정했습니다. Micromaser는 원자 빔이 광자를 공동으로 펌핑하는 데 사용되는 시스템입니다. 간단히 말해서 마이크로메이저는 위에서 언급한 양자 배터리의 실험 모델에 대한 반사 구성으로 생각할 수 있습니다.

IBS PCS 연구원들과 공동 연구자들은 마이크로메이저가 양자 배터리의 우수한 모델 역할을 할 수 있는 기능을 가지고 있음을 보여주었습니다 . 에너지를 저장하기 위해 전자기장을 사용하려고 할 때 주요 관심사 중 하나는 원칙적으로 전자기장이 필요한 것보다 훨씬 더 많은 양의 에너지를 잠재적으로 흡수할 수 있다는 것입니다. 간단한 경우에 비유하자면, 이것은 연결되었을 때 계속해서 충전량이 무한정 증가하는 전화 배터리에 해당합니다. 이러한 시나리오에서는 충전을 중지하는 메커니즘이 없기 때문에 전화가 연결되어 있다는 사실을 잊어버리는 것은 매우 위험할 수 있습니다.

운 좋게도 팀의 수치 결과는 이것이 마이크로메이저에서는 일어날 수 없음을 보여줍니다. 전자기장 은 마이크로메이저를 구축할 때 선험적으로 에너지를 결정하고 결정할 수 있는 최종 구성(기술적으로 정상 상태 라고 함)에 빠르게 도달합니다. 이 속성은 과충전 위험으로부터 보호합니다.

또한 연구원들은 전자기장의 최종 구성이 순수한 상태 에 있음을 보여주었습니다. 이는 충전 중에 사용된 큐비트에 대한 메모리를 가져오지 않음을 의미합니다. 이 후자의 속성은 양자 배터리를 다룰 때 특히 중요합니다. 충전 과정에서 사용된 큐비트를 추적할 필요 없이 필요할 때마다 배터리에 저장된 모든 에너지를 추출하여 사용할 수 있도록 합니다.

마지막으로, 이러한 매력적인 기능은 강력하고 이 연구에서 정의된 특정 매개변수를 변경해도 파괴되지 않는 것으로 나타났습니다. 이 속성은 실제 양자 배터리를 구축하려고 할 때 분명히 중요합니다. 구축 프로세스의 불완전성은 단순히 피할 수 없기 때문입니다.

흥미롭게도, 병렬 시리즈의 논문에서 Stefan Nimmrichter와 그의 동료들은 양자 효과가 마이크로메이저의 충전 과정을 고전적인 충전보다 더 빠르게 만들 수 있음을 보여주었습니다. 다시 말해서, 그들은 마이크로메이저 배터리의 충전 동안 앞서 언급한 양자 이점의 존재를 보여줄 수 있었습니다.

이러한 모든 결과는 마이크로메이저가 양자 배터리를 구축하는 데 사용할 수 있는 유망한 새로운 플랫폼으로 간주될 수 있음을 시사합니다. 이러한 시스템이 이미 수년 동안 실험적 실현으로 구현되었다는 사실은 접근 가능한 새로운 양자 배터리 프로토타입을 구축하는 데 큰 도움이 될 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/