Quantencomputer brauchen Energie. Diese einfache Überlegung zwang Wissenschaftler vor etwa 10 Jahren, mit der Entwicklung von Quantenbatterien, also quantenmechanischen Geräten zur Energiespeicherung, zu beginnen. Wissenschaftler aus Südkorea haben auf diesem Gebiet eine wichtige Entdeckung gemacht: Sie haben einen mikroskopischen Maser entwickelt und getestet, ein System, das in Zukunft eine zuverlässige Plattform für Quantenbatterien werden könnte.
Jüngste Fortschritte südkoreanischer Wissenschaftler auf diesem Gebiet haben gezeigt, dass Quantenbatterien die Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu klassischen Protokollen erheblich steigern können. Dies liegt an Quanteneffekten, die es den Batterien in Batterien ermöglichen, sich gleichzeitig aufzuladen, schreibt Science Daily.
Trotz dieser theoretischen Leistung ist die praktische Umsetzung von Quantenbatterien nicht sehr erfolgreich. Die einzige große Errungenschaft ist ein zweistufiges Energiespeichersystem, bei dem die Energie durch ein elektromagnetisches Feld bereitgestellt wird.
Um zugänglichere Optionen für Quantenbatterien zu entwickeln, entschieden sich Wissenschaftler des Institute of Basic Sciences of South Korea zusammen mit Kollegen aus Italien, sich einem in der Vergangenheit viel untersuchten quantenmechanischen System zuzuwenden - dem Mikromaser. Dies ist ein System, bei dem ein Atomstrahl verwendet wird, um Photonen in einen Resonanzhohlraum zu leiten. Ein Mikromaser kann als experimentelles Modell einer Quantenbatterie betrachtet werden: Energie wird in einem elektromagnetischen Feld gespeichert, das durch einen Strom von Qubits aufgeladen wird, die mit ihm in Reihe interagieren.
Die Studie zeigte, dass Mikromaser Eigenschaften haben, die sie zu hervorragenden Modellen von Quantenbatterien machen. Ein Merkmal von Quantenbatterien ist, dass das elektromagnetische Feld in der Lage ist, riesige Energiemengen zu absorbieren, mehr als nötig. Wie Berechnungen gezeigt haben, tritt dies jedoch bei Mikromasern nicht auf. Das elektromagnetische Feld erreicht schnell einen stabilen Zustand, dessen Energie im Voraus bestimmt werden kann, wenn ein Mikromaser erstellt wird. Dies bietet einen Überlastungsschutz.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die endgültige Konfiguration des elektromagnetischen Felds in einem reinen Zustand vorliegt, d. h. es beinhaltet nicht den Speicher von Qubits, die während des Ladevorgangs verwendet werden. Diese Eigenschaft stellt sicher, dass die gesamte in der Batterie gespeicherte Energie abgerufen werden kann, ohne dass die während des Ladevorgangs verwendeten Qubits im Auge behalten werden müssen.
Schließlich zeigten die Wissenschaftler, dass alle positiven Eigenschaften des Systems zuverlässig sind und keinen Änderungen der experimentellen Bedingungen unterliegen. All dies deutet darauf hin, dass Mikromaser als vielversprechende Plattform für die Herstellung von Quantenbatterien angesehen werden können.
Quantenspeicher sind ein wichtiges Element des Quanteninternets, das Informationen in Form von Lichtteilchen speichert und überträgt. Ein Team von Wissenschaftlern aus Großbritannien und Australien hat entdeckt, dass hexagonales Bornitrid aufgrund seiner Defekte bei Raumtemperatur einzelne Photonen emittieren und zur Speicherung von Quanteninformationen verwendet werden kann.
2022-08-27 17:28:26
Autor: Vitalii Babkin