Квантовые эффекты для быстрой зарядки аккумуляторов

01.06.2017

Международная группа ученых произвела теоретические исследования, результаты которых показали, что матрица, состоящая и наноразмерных аккумуляторных батарей, может быть заряжена гораздо быстрее, чем каждая такая батарея индивидуально. Этот феномен является результатом так называемых коллективных квантовых взаимодействий, которые составляют основу относительно новой области - квантовой термодинамики. Эта область занимается изучением того, как квантовые эффекты оказывают влияние на законы традиционной физики, определяющие такие фундаментальные величины, как энергия, работа и т.п.

Подавляющее большинство исследований, связанных с практическим использованием явлений квантовой механики, направлены на передачу квантовой информации и ее обработку в недрах разрабатываемых квантовых вычислительных систем. И лишь в единичных случаях проводятся исследования, демонстрирующие преимущества использования квантовых эффектов в других областях, в частности, в термодинамике. Лишь недавно было продемонстрировано, как явление квантовой запутанности может позволить выполнить большее количество работы при использовании энергии, черпаемой из одного наноразмерного устройства, своего рода "квантовой батареи".

В новых исследованиях ученые показали, что квантовые явления позволяют не только более эффективно использовать энергию, при их помощи можно также увеличить емкость и сократить время заряда вышеупомянутых квантовых батарей. Более того, данный процесс не требует наличия квантовой запутанности, хотя для этого необходим ряд условий, требующихся для создания квантовой запутанности.

"Мы продемонстрировали, что вполне возможно организовать квантовое взаимодействие между двумя или большими телами, не вовлекая в это явление квантовой запутанности" - пишут исследователи из университета Монаша (Monash University), Австралия, - "Возникающее при этом так называемое квантовое преимущество пропорционально числу вовлеченных во все это тел, квантовых наноразмерных батарей в данном случае".

Обеспечиваемое взаимодействиями квантовое преимущество так же имеет свои пределы, которые и определяют минимально возможное время зарядки аккумуляторных батарей за счет квантовых эффектов. Основным ограничивающим фактором является фактор квантовой скорости, максимальной скорости квантовых процессов, который определяет как пределы квантово-термодинамических процессов, так и быстродействие будущих квантовых компьютеров.

"Квантовые биты, кубиты квантовых компьютеров, которые представляют собой ионы или атомы, также можно рассматривать в качестве крошечных квантовых аккумуляторных батарей, по отношению к которым можно применить результаты наших исследований" - пишут исследователи, - "А нашей основной целью является то, чтобы можно было использовать квантовое преимущество в системах с конечным количеством вовлеченных тел везде, где это возможно. Это же, в свою очередь, может привести к появлению целого ряда фантастических технологий, начиная от крошечных аккумуляторов, сопоставимых по емкости с большими аккумуляторами, наномашин, способных выполнять большое количество работы и многое другое".

<< Назад: Серия нанопотребляющих устройств Maxim MAX17222 01.06.2017

>> Вперед: Радиоуправляемые гены 31.05.2017

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Суперконденсаторы для стабильности электросетей 18.12.2025 Энергосистемы сталкиваются с вызовами, связанными с интеграцией возобновляемых источников энергии, сокращением доли угольных и газовых станций и необходимостью поддержания стабильной частоты в сети на уровне 50 Гц. Традиционно эта задача решалась за счет механической инерции тяжелых роторов генераторов, однако такой подход мало отражает прогресс XXI века в области миниатюризации, экологичности и применения электроники. Германия стала первой страной, внедрившей принцип стабилизации электросети с использованием суперконденсаторов. Вместо громоздких и шумных машинных залов в роли синхронного компенсатора теперь выступает сравнительно компактная комната с модулем STATCOM (статический синхронный компенсатор) и стойками, заполненными суперконденсаторами, каждый из которых по размеру напоминает банку из-под газированного напитка. Первый такой компенсатор был установлен на подстанции в районе Мерум в Нижней Саксонии. Проект реализован совместно компаниями Siemens Energy, разработавшей SVC Plus FS, и оператором сети TenneT. В настоящее время система находится на этапе тестирования и вскоре будет запущена в коммерческую эксплуатацию. Разработка технологии заняла более десяти лет, а строительство подстанции потребовало около трех лет. Система использует суперконденсаторы вместо традиционных аккумуляторов и механической инерции маховиков. Эти устройства способны мгновенно отдавать высокую мощность в сеть за миллисекунды, компенсируя отклонения частоты и реактивной мощности. По сути, суперконденсаторы создают искусственную инерцию сети, заменяя привычные механизмы, основанные на вращении валов генераторов на угольных или газовых станциях. При этом система полностью автоматизирована, с возможностью дистанционного мониторинга и диагностики. Новая технология возникла как ответ на растущую долю солнечной генерации в Германии. Солнечные панели и инверторы физически не способны обеспечивать традиционные компенсационные механизмы. Одновременно с этим идет активное закрытие угольных и газовых станций, что лишает энергосети привычных источников инерции. В этом контексте проект в Меруме, реализованный на базе подстанции выведенной из эксплуатации угольной станции, органично заменяет старые генераторы современными и экологически чистыми системами компенсации на основе суперконденсаторов. Ожидается, что для полноценного функционирования немецкой сети потребуется около 30 таких подстанций. Именно такое количество планирует установить оператор TenneT, чтобы обеспечить надежное поддержание частоты и стабильной мощности на всей территории страны. Суперконденсаторы также обладают преимуществом по скорости реакции и долговечности по сравнению с традиционными генераторами, что позволяет более гибко реагировать на резкие изменения нагрузки или аварийные ситуации в сети. При этом технология остается менее шумной и более компактной, что упрощает интеграцию в существующую инфраструктуру. В перспективе использование суперконденсаторов может стать стандартом для энергосетей с высокой долей возобновляемой генерации, обеспечивая одновременно надежность, экологичность и автоматизацию процессов. Вопрос о том, что окажется более устойчивым - пара-тройка громоздких генераторов или тысячи компактных суперконденсаторов, пока остается открытым, однако опыт Германии уже демонстрирует эффективность нового подхода.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026