Znanstvenici s našeg instituta našli novi način punjenja ‘baterije novog doba’: Trik je u magnetskom polju
Kvantna baterija nova je tehnologija koja se tek istražuje. No, međunarodni tim fizičara predvođen istraživačima sa zagrebačkog Instituta Ruđer Bošković (IRB), našli su novi način punjenja ovih baterija. Manipuliranjem magnetskih spinova preko kojih ove baterije funkcioniraju, moguće ih je puniti s manjim gubitkom energije nego do sada. Time je otvoren put prema daljnjem eksperimentalnom radu, no ova tehnologija budućnosti je zasad još uvijek u ranoj fazi razvoja.
međunarodni znanstveni tim predvođen IRB-ovim sitraživačima otkrio kako učinkovitije napuniti kvantnu bateriju | foto: Institut Ruđer Bošković
Kvantna računala već godinama vesele znanstvenike. Svojim sposobnostima ova računala mogu napraviti sjajne modele interakcije atoma i otvara vrata boljem razumijevanju molekularne strukture. Pored općenitog boljeg razumijevanja kemije, kvantna računala mogu unaprijediti proizvodnju lijekova i drugih kemijskih proizvoda. No, kvantna računala trebaju i kvantne baterije. Stoga su u Institutu Ruđer Bošković (IRB) sretni što je međunarodni tim fizičara razvio novi pristup kvantnim baterijama. Tim više jer je taj tim u ovom istraživanju predvodio Alberto Giuseppe Catalano, doktorand na IRB-u i Sveučilištu u Strasbourgu.
Napredak u upravljanju kvantnom energijom
Njihov rad je objavljen u prestižnom časopisu ‘PRX Quantum – Physical‘. U njemu su fizičari iz Hrvatske, Italije i Francuske predstavili poboljšani dizajn kvantne baterije. Kao što je kvantni kompjuter napredan zbog rada na principu kvantne fizike, na istom principu ove baterije pohranjuju energiju. S dizajnom ovih znanstvenika, navodi IRB, napravljen je korak naprijed u sprječavanju gubljenja energije.
– Naše istraživanje usredotočilo se na sposobnost kvantnih baterija da sačuvaju energiju nakon punjenja, što predstavlja značajan napredak u upravljanju kvantnom energijom. Iskoristili smo kvantnu interakciju između čestica kako bismo značajno unaprijedili učinkovitost baterije. Posebno smo osmislili novi, jednostavan i učinkovit način punjenja baterije te dokazali da naš dizajn učinkovito sprječava gubitak energije u okolinu, što je čest problem kod kvantnih sustava, pojasnio je prvi autor Catalano.
Konkretno, znanstvenici su punili bateriju preko ‘kvantnog skoka’. Kvantna baterija se u svom radu oslanja magnetske komponente čestica koji se zovu spinovi i raspoređeni su u krug. Međudjelovanjem spinova, sustav unutar sebe raspodjeljuje energiju, a kvantnim skokom su fizičari manipulirali ovim spinovima što je omogućilo pohranjivanje i prijenos energije. Naglom promjenom vanjskog magnetnog polja, sustav kvantne baterije se izbacio iz ravnoteže te se u njegov lanac upumpala nova energija, čak i nakon povratka magnetskog polja u početno stanje.
Novi putevi prema nedostižnim ciljevima
Iz IRB-a su istaknuli da je ovaj uspjeh kvantnim skokom otvorio vrata daljnjem eksperimentiranju u radu s ovim baterijama koji napajaju kvantna računala, ali i kvantne simulatore i senzore. Osim pohrane, istraživački tim je proučavao i kako baterija oslobađa pohranjenu energiju te utvrdili da se preko konfiguracije spinova može prenijeti kao ‘korisni rad’, a ne samo kao obična toplina. To otvara vrata prema praktičnoj primjeni. Svojim sposobnostima, kvantne baterije imaju potencijal nadmašiti klasične baterije koja se umjesto kvantnih spinova oslanja na gibanje elektrona pod djelovanjem elektromagnetskih sila. U klasičnim baterijama performans i pohrana energije ovisi o veličini, ali ne i u ovoj novoj tehnologiji čije se tajne tek otkrivaju.
– Tehnologija kvantnih baterija još uvijek je u ranoj fazi razvoja. U tom kontekstu, naš rad pokazuje kako je moguće pretvoriti izazove koje postavljaju zakoni kvantne mehanike u resurse koji mogu otkriti nove puteve prema inače nedostižnim ciljevima, ustvrdio je jedan od autora na radu i viši znanstveni suradnik na IRB-u, Salvatore Marco Giampaolo.
