بحثوا من مركز ريكين للحوسبة الكمومية في اليابان وجامعة هوازونغ للعلوم والتكنولوجيا في الصين طوروا نموذجًا نظريًا لبطارية كمومية طوبولوجية. يعتمد هذا التصميم على دليل موجي فوتوني لتمكين نقل طاقة فعال عبر مسافات طويلة دون تبديد. تشير النتائج إلى تقدم محتمل في تخزين الطاقة على المستوى النانوي والأجهزة الكمومية.
في دراسة نشرت في Physical Review Letters، حدد العلماء تشي-غوانغ لو، غووقينغ تيان، شين-يو لو، وتشنغ شانغ نهجًا جديدًا لبطاريات كمومية. تخزن هذه الأجهزة الطاقة باستخدام ظواهر كمومية مثل التداخل، التشابك، والتماسك، مما يقدم مزايا مثل الشحن الأسرع والكفاءة الأعلى مقارنة بالبطاريات التقليدية.
تواجه الأنظمة الكمومية التقليدية عقبات كبيرة، بما في ذلك فقدان الطاقة من خلال الديكوهيرنس والتبديد، خاصة في دليل موجي فوتوني غير طوبولوجي حيث تسبب العيوب تشتت الفوتونات. عالج الباحثون هذه المشكلات بإدراج خصائص طوبولوجية —ميزات هيكلية تستمر رغم الثنيات أو الالتواءات— في تصميم البطارية. يسمح هذا بنقل طاقة شبه مثالي ومناعة ضد التبديد عندما تكون مصدر الشحن والبطارية في نفس الموقع، محدودة بإطار فرعي واحد.
كان اكتشافًا مثيرًا للاهتمام أن التبديد، الذي عادة ما يكون ضارًا، يمكن أن يعزز مؤقتًا قوة الشحن عندما يتجاوز مستوى حرج، مما يتحدى الافتراضات السابقة حول فقدان الطاقة.
"تقدم بحثنا رؤى جديدة من منظور طوبولوجي ويعطينا تلميحات نحو تحقيق أجهزة تخزين ميكرو طاقة عالية الأداء. من خلال التغلب على القيود العملية لأداء البطاريات الكمومية الناتجة عن نقل الطاقة لمسافات طويلة والتبديد، نأمل في تسريع الانتقال من النظرية إلى التطبيق العملي للبطاريات الكمومية،" قال تشي-غوانغ لو، المؤلف الأول.
"بالنظر إلى الأمام،" أضاف تشنغ شانغ، المؤلف المقابل، "سنستمر في العمل لسد الفجوة بين الدراسة النظرية والنشر العملي للأجهزة الكمومية —ممهدًا للعصر الكمومي الذي حلم به طويلاً."
يحمل العمل وعودًا لتطبيقات في تخزين الطاقة على المستوى النانوي، الاتصال الكمومي البصري، والحوسبة الكمومية الموزعة، وسط الحاجات المتزايدة للحلول الطاقية المستدامة.