Bateriile cuantice s-ar putea încărca mai repede schimbând regulile cauzalității

Bateriile cuantice ale viitorului ar putea acumula energie prin încălcarea legilor convenționale ale cauzalității, arată cercetările.

Bateriile convenționale se încarcă prin conversia energiei electrice în energie chimică la scara unui număr mare de electroni. Însă, într-un nou experiment care demonstrează principiul de bază, cercetătorii au arătat cum un efect cuantic ciudat ar putea duce la baterii care se încarcă mai rapid și cu mai multă eficiență prin schimbarea cauzei și efectului, conform unui studiu publicat în revista Physical Review Letters.

• De ce dormitul mai mult în weekend poate fi sănătos?
• De ce oamenii care sforăie nu se trezesc din cauza propriului zgomot?

Cauzalitatea, sau relația dintre cauză și efect, nu este întotdeauna simplă în mecanica cuantică, regulile ciudate care guvernează lumea foarte mică.

Știința care ar putea duce la bateriile cuantice

„De obicei, dacă evenimentul A vine primul și cauzează evenimentul B, se presupune că B nu poate, la rândul său, cauza A în același timp. Cu toate acestea, progresele recente în fizica teoretică propun că, în anumite cadre, scenariile în care ‘A cauzează B’ și ‘B cauzează A’ ar putea fi simultan adevărate”, a declarat coautorul Yuanbo Chen, fizician la Universitatea din Tokyo (Japonia).

Principiul superpoziției cuantice le permite particulelor să existe în multe stări diferite deodată, cel puțin până când sunt observate și „aleg” o stare în care să se oprească, explică Live Science.

Orice proprietate a unui obiect cuantic (cum ar fi impulsul, locația sau, în celebrul caz al pisicii ipotetice a lui Erwin Schrödinger, dacă este vie sau nu) poate exista în superpoziție, un amestec probabilistic al fiecărei stări posibile, care se prăbușește într-un rezultat definit atunci când obiectul este vizualizat.

Această realizare i-a făcut pe fizicieni să efectueze tot felul de experimente bizare care contrazic noțiunile noastre intuitive despre ceea ce ar trebui să fie posibil, inclusiv experimente în care o singură particulă poate să existe și să nu existe în multe locuri diferite în același timp.

Un comutator cuantic

Dar superpoziția nu perturbă doar sensul nostru intuitiv al spațiului, ci și sensul cauzalității. În 2009, fizicienii au folosit un dispozitiv numit comutator cuantic pentru a observa un fenomen numit ordine cauzală nedefinită. Trimițând o particulă de lumină (foton) pe două căi divergente, fizicienii au făcut ca aceasta să se divizeze în două versiuni posibile ale ei înseși, una care a mers pe prima cale și cealaltă pe a doua.

Apoi, în funcție de calea pe care a luat-o fotonul, fizicienii au aplicat două procese diferite într-o ordine diferită, în funcție de cale. Rezultatul a fost un foton care avea cauzalitatea schimbată: se afla într-o superpoziție cuantică în care ambele ordini de evenimente erau adevărate.

„Să spunem că avem două procese: A și B. Cu un comutator cuantic, putem crea o superpoziție dintre ‘mai întâi aplică A și apoi B’ și ‘mai întâi aplică B și apoi A’”, a spus Chen.

Chen și colegii săi au vrut să vadă dacă pot integra acest lucru în bateriile cuantice, dispozitive care teoretic ar putea stoca energia fotonilor și s-ar putea încărca mai rapid decât bateriile electrochimice convenționale.

Oamenii de știință au comparat trei metode de încărcare: conectarea a două încărcătoare la o baterie în mod secvențial, simultan sau într-o superpoziție care făcea imposibil să se stabilească ordinea de intrare.

Bateriile cuantice vor fi mai eficiente decât cele convenționale

Calculele lor au arătat că metoda de superpoziție i-ar permite unui încărcător cuantic cu putere redusă și cauzalitate schimbată să livreze mai multă energie mai eficient decât un încărcător convențional de mare putere.

Calculele au fost urmate de un experiment demonstrativ în care s-a folosit lumină. Trimițând fotoni printr-un comutator cuantic cu două căi posibile, cercetătorii au divizat particulele de lumină în două versiuni posibile ale lor, fiecare urmând o cale diferită.

Apoi, după ce au supus lumina la două intrări care le-ar polariza într-o ordine diferită (A apoi B sau B apoi A) în funcție de calea pe care se aflau, cercetătorii au măsurat polarizarea la sfârșit și au descoperit că fotoni individuali fuseseră schimbați cauzal.

După ce au făcut testele, oamenii de știință spun că următoarea lor provocare este să creeze bateriile cuantice fizice care să poată stoca o încărcătură. Cu toate acestea, primele dovezi experimentale pentru o baterie cuantică au fost publicate abia anul trecut, așa că acest lucru nu se va întâmpla prea curând.

„Având în vedere situația actuală caracterizată de eforturi experimentale limitate și explorare teoretică încă în curs în domeniul bateriilor cuantice, este dificil de estimat o cronologie precisă pentru obținerea unor rezultate concluzive”, a spus Chen.

Vă recomandăm să citiți și:

„Ce naiba se întâmplă?”. Astronomii au detectat o particulă „fără precedent în ultimii 30 de ani”

O metodă de tratare a apei poate genera energie verde

Un om de știință crede că omenirea va atinge singularitatea până în anul 2031

Cosmologii spun că este posibil să fi existat un al doilea Big Bang