باتری‌های کوانتومی
به عقیده‌ی اکثر محققان و دانشمندان، نسل بعدی تکنولوژی متعلق به کامپیوترهای کوانتومی است که پیچیدگی‌ها و جذابیت‌های خاص خود را دارند. این تکنولوژی همانند سایر تکنولوژی‌ها نیازمند تامین انرژی برای بخش‌های مربوط به خود است . چه گزینه قدرتمندی به جز باتری‌های کوانتومی ؟!
تاریخچه :
باتری کوانتومی از جدیدترین موضوعات روز به حساب می‌آید که رفته رفته به محبوبیت و جذابیت آن افزوده شده و محققان بیشتری را به سمت خود جلب خواهد کرد.
- مفاهیم اولیه برای باتری‌های کوانتومی در سال 1978 توسط آقای Woronowicz تحت عنوان حالت غیر فعال (passive state) مطرح گردید .
- سپس در سال 2004 آقای Allahverdyan با بیان مفهوم Ergotropy دریچه‌ای تازه برای باتری‌های کوانتومی گشود .
- در نهایت آقای Alicki موضوع باتری‌های کوانتومی را در سال 2013 بیان کرد.
عملکرد باتری‌های کوانتومی:
عملکرد کلی باتری‌های کوانتومی بر پایه‌ی اسپین ذره‌ها می‌باشد که انرژی در این حالات کوانتومی ذخیره می‌شود. یکی از راه‌های انتقال انرژی در اینگونه از سیستم‌ها، تاباندن و گرفتن فوتون است که با تغییر اسپین ذره همراه خواهد بود.
یکی از مهمترین مباحث مطرح شده در باتری‌های کوانتومی، بحث توان باتری است که به دلیل حکمرانی اصل عدم قطعیت در اینگونه از سیستم‌ها، خواص بسیار جالبی را به همراه داشته است. این اصل به صورت زیر بیان می‌شود:
اصل : در صورت صفر شدن خطای اندازه گیری در زمان، مقدار خطای انرژی به بینهایت میل می‌کند.
این اصل باعث شده که مفهوم برتری کوانتومی (Quantum Advantage) در باتری‌های کوانتومی مطرح شود. این مفهوم به شکل زیر تعریف خواهد شد:
مفهوم : در یک باتری کوانتومی که خود از چندین سل کوانتومی تشکیل شده، توان می‌تواند با یک ضریبی چندین برابر شود .
در واقع مجموع توان سلهای جداگانه نسبت به توان سلهای درهم‌تنیده، با نسبت زمان تحویل‌دهی انرژی آنها نسبت عکس داشته و می‌تواند توان کل باتری به اندازه‌ی تعداد سل‌ها چندین برابر شود. شکل زیر این موضوع را بهتر نشان خواهد داد:
قسمت الف شکل بالا می‌گوید که سلهای مستقل در یک باتری، هرکدام به صورت یک باتری جداگانه عمل کرده و توانی برابر با توان یک سل تنها را تولید می‌کنند (به دلیل اصل عدم قطعیت) اما مطابق قسمت ب از این شکل، اگر سلهای باتری به صورت در هم تنیده باشند، کل انرژی در یک واحد زمانی تحویل سیستم داده خواهد شد و به این طریق توان باتری به اندازه‌ی تعداد سل‌ها افزایش خواهد یافت. (E_battery=n×E_cell)
درهم تنیدگی
مفهوم درهمتنیدگی(Entanglement) را می‌توان به صورت خیلی ساده، وابستگی کامل اجزا دانست که در صورت تضعیف این وابستگی کامل، مفهوم coherence ایجاد خواهد شد که مطالب و مضوعات بیشماری را به خود اختصاص داده است. در شکل زیر مشاهده می شود که از بالا به پایین، وابستگی بین سلهای کوانتومی کاهش یافته است.
خواص دیگر باتری‌های کوانتومی:
باتری‌های کوانتومی خواص جالبی دارند که در مقالات گوناگون به آن پرداخته شده است. یکی از این خواص، ایجاد حالت‌های غیر مجاز به دلیل تقارن برای سلهای کوانتومی است . در واقع باعث خواهد شد که باتری کوانتومی هیچ‌گونه اتلافی را از خود نشان ندهد که در کاربردهای عملی به دلیل وجود اختلالات، انرژی باتری حفظ خواهد شد. شکل زیر شش سل کوانتومی را نشان می‌دهد که در مجموع یک باتری کوانتومی شکل گرفته است.
در قسمت اول از این شکل، سلهای 1 و 4 آماده‌ی فروپاشی هستند اما به دلیل تقارن در سل‌ها، انرژی آنها حفظ شده است. به محض اعمال یک اختلال غیر متقارن، باتری انرژی خود را از دست خواهد داد . قسمت دوم شکل آن را به تصویر کشیده است.
خلاصه و نتیجه گیری:
در این مقاله به بررسی باتری‌های کوانتومی پرداخته شد که بی شک در آینده بسیار فراگیر می‌شود. باتری‌های کوانتومی بر مبنای اسپین ذره‌هایی مانند یون‌ها انرژی را در خود ذخیره خواهند کرد که در صورت درهمتنیدگی سل‌ها، توان باتری نهایی، چندین برابر خواهد شد. این باتری‌ها مزایا و معایبی دارند.
- مزیت : توان بالا و اتلاف بسیار کم
- معایب : هزینه‌ی بالا و حساسیت به اختلالات محیطی مانند دما
تاریخ انتشار: خرداد 1399
