30 آذر 1402 ساعت 20:30
آیا تا به حال در مورد باتری های کوانتومی و شیوه شارژ آن چیزی شنیده‌اید؟ این باتری‌ها با فناوری جدیدی که دارند، می‌توانند درک ما از سرعت شارژ شدن یک باتری را متحول کنند.
دنیای کوانتومی، دنیای عجیبی است. دنیای کوانتومی به دنیای ذرات در ابعاد کوانتومی گفته می‌شود که به‌دلیل منسوخ کردن قوانین عمومی فیزیک در ابعاد ماکروسکوپی، شهرت زیادی یافته است.
آزمایش‌های مختلفی برای دنیای کوانتومی انجام شده است که نشان می‌دهند همیشه و صرفا واقعیت حقیقی آن چیزی نیست که شما می‌بینید. این که یک ذره باید همیشه در یک جا و در یک زمان باشد، موضوعی نقض شده در قوانین فیزیک کوانتوم است که آزمایش‌های جالبی مانند گربه شرودینگر و دوشکاف یانگ، مهر تاییدی بر این موضوع هستند.
باتری های کوانتومی در دنیای کوانتومی
دنیای کوانتومی، قوانین علت و معلول که همیشه باید معلول بعد از علت بیاید را نیز نقض می‌کند. در دنیای کوانتومی، زمان‌بندی و اولویت‌بندی بین پدیده‌ها معنا ندارد. دانشمندان نیز با استفاده از این واقعیت‌ها، اقدام به ساخت باتری‌های متحول‌کننده کوانتومی کرده‌اند. آنها از قوانین فیزیک دنیای کوانتومی برای شارژ کردن باتری های کوانتومی خود استفاده می‌کنند.
هر جا کلمه «کوانتوم» وارد گفتگو می‌شود، باید منتظر پدیده‌های عجیبی که در پس این کلمه نهفته است، باشیم. مشاهدات دانشمندان نشان داده است که باتری های کوانتومی می‌توانند برای کار کردن خود قوانین علت و معلول را زیر پا بگذارند. ما می‌دانیم که یک باتری زمانی شارژ می‌شود که اتم‌ها و مولکول‌های موجود در آن انرژی ورودی را ذخیره کنند؛ اما مشاهدات دانشمندان نشان می‌دهد که باتری های کوانتومی می‌توانند با نقض قوانین علت و معلول شارژ شوند.
طبق اظهارات یوانبو چن، نویسنده این مطالعه، باتری‌هایی که در دستگاه‌‌ها و لوازم کم‌مصرفی مانند گوشی های هوشمند یا حسگرها استفاده شده‌اند، اغلب از ماده شیمیایی به‌نام لیتیوم برای ذخیره شارژ بهره می‌برند. این در حالی است که باتری های کوانتومی برای ذخیره شارژ از ذرات میکروسکوپی مانند آرایه‌هایی از اتم‌ها استفاده می‌کنند.
وی در ادامه توضیحات خود به کنترل باتری‌های شیمیایی توسط قوانین فیزیک کلاسیک و ماهیت کوانتومی ذرات در ابعاد میکروسکوپیک اشاره کرد. همچنین استفاده و بهره‌گیری از شگفتی‌های دنیای کوانتومی را باید یک فرصت ایده‌آل برای کسب تجربه در مورد علمی که قوانین مرسوم فیزیک در ابعاد ذرات آن بی‌معنی می‌شود، دانست.
مقایسه فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی
فیزیک کلاسیک به قوانینی از فیزیک مربوط می‌شود که به توضیح پدیده‌های مختلف در ابعاد بزرگ، یعنی همین جهانی که ما آن را تجربه می‌کنیم، می‌پردازد. اصولا ما قوانین فیزیک دنیای خودمان را بر اساس فیزیک کلاسیک بنا کرده‌ایم و حتی اغلب اوقات از درک مفاهیم و توضیحات فیزیک کوانتومی عاجز هستیم. اولویت‌بندی اتفاق افتادن پدیده‌ها یا همان رابطه «علت و معلول»، یکی از تناقضات بزرگ میان فیزیک کلاسیک و فیزیک کوانتومی است.
در فیزیک کلاسیک یا همان فیزیک جهان بزرگ، این مفهوم اولویت‌بندی به‌صورت خطی جای‌گذاری شده است و شما نمی‌توانید این روند را برعکس کنید. برای مثال وقتی شما شیشه‌ای را با سنگ می‌شکنید، پرتاب سنگ مرحله اول است و شکسته شدن شیشه، مرحله دوم محسوب می‌شود. حال این امکان وجود ندارد که اول شیشه بشکند و بعد شما سنگ را پرتاب کنید. این نمونه تناقض در دنیای کوانتومی به‌صورت خیلی ساده حل شده است و اولویت‌بندی بین پدیده‌ها، وجود ندارد.
دانشمندان قصد دارند که با استفاده از این تناقضات، روش‌هایی برای کارآمدی و پایداری بیشتر باتری‌ها بیابند. این مطالعه جدید توسط دانشمندان دانشگاه توکیو صورت گرفته است. آنها درصدد ساخت یک باتری کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپیک با استفاده از لیزرها، لنزها و آینه‌ها در آزمایشگاه دانشگاه توکیو هستند.
شارژ شدن باتری های کوانتومی
برای شارژ شدن این باتری‌ها که چندین مرحله پشت سر هم باید صورت بگیرد، دانشمندان ژاپنی با استفاده از یک اثر کوانتومی به نام ترتیب علّی نامعین (ICO)، روش جدیدی را ابداع کرده‌اند. زمانی که دانشمندان، سیستم را وارد حالت برهم‌نهی کوانتومی می‌کنند، این ترتیب علّی نامعین (ICO) می‌تواند در هر دو جهت به‌طور همزمان وجود داشته باشد. این وضعیت باعث می‌شود تا شارژ شدن باتری‌ها نه به‌صورت یکی پس از دیگری، بلکه به‌صورت همزمان انجام بگیرد.
یوانبو چن در توضیح این کشف جدید، به ترتیب علّی نامعین اشاره کرد و گفت ما با استفاده از این روش نشان دادیم که روش شارژ شدن باتری های کوانتومی می‌تواند بر عملکرد آن تاثیر چشمگیری داشته باشد. ما در این تحقیق به دستاورد بزرگی در زمینه ذخیره انرژی در یک سیستم و بهره‌وری حرارتی در آن دست یافتیم. این کشف در اثر تعامل با چیزی است که همه ما فکر می‌کنیم عکس یک روند ممکن نیست.
وی در ادامه توضیحات خود به عملکرد کشف جدید این تیم مطالعاتی نیز اشاره کرد و افزود یک شارژر کم‌مصرف می‌تواند انرژی بیشتری با بهره‌وری بیشتر را در مقایسه با یک باتری نسبتا قدرتمند به یک دستگاه مشابه تحویل دهد.
باتری های کوانتومی در کنار سایر مفاهیم فیزیک کوانتومی، شاید برای بیشتر مردم غیر قابل باور باشند، اما به‌احتمال زیاد باتری های کوانتومی روزی به واقعیت تبدیل شده و جایگزین باتری‌های موجود می‌شوند. در حال حاضر باتری های کوانتومی در حال سپری کردن تست‌ها و تحقیقات آزمایشگاهی هستند و پژوهشگران نیز برای راحتی انجام تحقیق، قسمت‌های مختلف باتری کوانتومی را بررسی می‌کنند تا در آینده بتوانند این اجزا را به‌صورت یک مجموعه کل گرد هم آورند.
source