Italiaanse natuurkundigen hebben een nieuw concept van een kwantumbatterij voorgesteld op basis van verstrengelde qubits die kunnen worden geïmplementeerd met behulp van bestaande technologieën. Ze hopen binnen drie jaar een prototype van vijf qubits te maken. Een artikel met de resultaten is gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters.
Een paar jaar geleden stelden natuurkundigen het theoretische idee voor van een kwantumbatterij die energie zou opslaan, niet in de vorm van chemische verbindingen, maar dankzij de aangeslagen toestanden van kwantumobjecten. De meeste van deze artikelen zijn geschreven door onderzoekers in de kwantuminformatietheorie die geïnteresseerd zijn in fundamentele stellingen over de grenzen van energieopslag en -overdracht. In een nieuw werk hebben natuurkundigen een schema voorgesteld dat in de praktijk kan worden geïmplementeerd.
Italiaanse natuurkundigen hebben voorgesteld om supergeleidende circuits of halfgeleider-kwantumstippen als qubits te gebruiken. In de eenvoudigste versie die door de auteurs wordt overwogen, moeten ze twee energieniveaus hebben: aarde en opgewonden. Alle qubits worden in een gemeenschappelijke optische resonator geplaatst, waar ze gelijktijdig naar een aangeslagen toestand kunnen worden overgebracht en door één handeling kunnen worden verstrengeld, bijvoorbeeld een laserpuls van een bepaalde energie. Hierdoor neemt volgens wetenschappers het vermogen waarmee je de batterij kunt opladen evenredig toe met de vierkantswortel van de qubits. Tegelijkertijd verandert deze waarde voor een batterij van een qubit-array in individuele resonatoren niet wanneer nieuwe elementen worden toegevoegd.
De auteurs merken op dat het voorgestelde systeem geen enkele thermodynamische wet overtreedt, aangezien het een intensere energiestroom van de bron naar de batterij gebruikt dan acceptabel is voor andere apparaten. Natuurkundigen merken ook op dat dergelijke apparaten moderne batterijen niet zullen vervangen. Ondanks de bijna theoretische laadsnelheid, zullen ze ook extreem snel ontladen - op nanoseconde schaal. Bovendien hebben ze, in vergelijking met chemische elementen, een kleine capaciteit: het typische energieverschil tussen de niveaus van een qubit is 0,001 elektronenvolt, terwijl moderne laptopbatterijen ongeveer 1024 eV opslaan. Daarom kan het belangrijkste toepassingsgebied voor dergelijke batterijen het gebied van quantum computing zijn. In dit geval werkt de batterij in de kwantumcomputer in een cyclus:elke qubit wordt opgeladen terwijl de computer energie van de volgende haalt om berekeningen uit te voeren.
Nikolay Khizhnyak
