日本のRIKEN量子計算センターと中国の華中科技大学の研究者らが、トポロジカル量子電池の理論モデルを開発した。この設計は、光子導波路を活用して長距離での効率的なエネルギー伝達を可能にし、損失なしを実現する。発見は、ナノスケールのエネルギー貯蔵と量子デバイスにおける潜在的な進歩を示唆している。
Physical Review Lettersに掲載された研究で、科学者Zhi-Guang Lu、Guoqing Tian、Xin-You Lü、Cheng Shangは、量子電池への新しいアプローチを概説した。これらのデバイスは、量子現象である重ね合わせ、絡み合い、相干性を用いてエネルギーを蓄積し、従来の電池に比べて高速充電と高い効率などの利点を提供する。
従来の量子システムは、デコヒーレンスと散逸によるエネルギー損失という大きな障害に直面しており、特に非トポロジカルな光子導波路では不完全さが光子の散乱を引き起こす。研究者らは、曲がりやねじれにもかかわらず持続する構造的特徴であるトポロジカル特性を電池設計に取り入れることでこれを解決した。これにより、充電源と電池が同じサイトにある場合（単一のサブラチスに限定）、ほぼ完璧なエネルギー伝達と散逸に対する耐性が可能になる。
興味深い発見は、通常有害な散逸が臨界レベルを超えると一時的に充電出力を向上させるというもので、従来のエネルギー損失に関する仮定に挑戦する。
「私たちの研究はトポロジカルな視点から新しい洞察を提供し、高性能マイクロエネルギー貯蔵デバイスの実現に向けたヒントを与えます。長距離エネルギー伝達と散逸による量子電池の実用的性能制限を克服することで、量子電池の理論から実用化への移行を加速させることを望みます」と、第一著者のZhi-Guang Luは述べた。
「今後」と、責任著者のCheng Shangは付け加えた、「理論研究と量子デバイスの実用的展開の間のギャップを埋める作業を続け、長い間思い描いてきた量子時代を到来させるでしょう。」
この研究は、ナノスケールエネルギー貯蔵、光量子通信、分散型量子コンピューティングへの応用が期待され、持続可能なエネルギーソリューションへの需要が高まる中で有望だ。