Дослідники розробили квантові батареї на основі дефекту в алмазі
Група дослідників з Університету Хубею, Академії точного вимірювання КАС та Університету Ланьчжоу запропонувала нову архітектуру квантових батарей — накопичувачів енергії, які використовують властивості квантової механіки.
Як пояснив Джун-Хон Ань, один із керівників дослідження, практична реалізація квантових батарей пов’язана з двома основними викликами. Через декогеренцію під час заряджання знижується ефективність накопичення енергії. А декогеренція під час зберігання призводить до спонтанної втрати заряду.
У попередній роботі 2024 року команда вже розробила протокол для бездротового заряджання батерей з меншими втратами. Нова розробка стала логічним продовженням цього дослідження з фокусомна саморозряді.
Вони помітили, що когерентна частина накопиченої енергії (ерготропія) зберігається довше за некогерентну, і це стало основою нової стратегії зменшення втрат.
Розробка базується на використанні точкового дефекту у кристалічній структурі алмазу — так званому NV-центрі. Цей дефект — заміна атому вуглецю на атом азоту — дозволяє зберігати енергію у вигляді когерентного стану електронного спіну.
Ключовою перевагою NV-центру є унікальна гіпертонка взаємодія між електроном і ядром азоту, що дозволяє гнучко керувати співвідношенням когерентної ерготропії до загальної. Це відкриває шлях до максимізації вивільнюваної роботи без втрат енергії в процесі зберігання.
Автори стверджують, що їхня платформа на основі NV-центру не тільки дозволяє ефективно накопичувати і зберігати енергію, а й може стати основою для практичного використання квантових батарей у відкритих системах. Це також може стати проривом у галузі квантової термодинаміки, яка поєднує обробку інформації та енергетичні процеси на квантовому рівні.
У майбутніх дослідженнях команда планує створити багаточастинкову модель батареї, стійку до саморозрядження, яка використовуватиме квантову заплутаність для подальшого підвищення потужності заряджання, місткості та ефективності вивільнення енергії.
Нагадаємо, у липні спеціалісти з PSL Research University і Пізанського університету представили теоретичну модель квантової батареї, яка вперше демонструє перевагу над класичними аналогами.