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:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Управление снами для решения важных задач 01.03.2026

Сны на протяжении веков привлекали внимание философов, психологов и ученых, вызывая вопросы о том, насколько они отражают нашу реальность и могут ли влиять на мышление. Новое исследование нейробиологов из Northwestern University показывает, что содержание человеческих сновидений можно частично направлять, а фаза быстрого сна (REM) играет ключевую роль в творческом мышлении и поиске нестандартных решений. В эксперименте ученые использовали метод целенаправленной реактивации памяти (TMR). Пока участники спали, им подавали звуки, ассоциированные с головоломками, предложенными им ранее. Сигналы включались только после подтверждения мозговой активности, указывающей на фазу быстрого сна. В результате 75% испытуемых сообщили о появлении во сне образов или идей, связанных с нерешенными задачами. При этом головоломки, "проникшие" в сновидения, решались значительно чаще: 42% против 17% у задач, которые не фигурировали во сне. Исследователи подчеркивают, что это не прямое доказательство тог ...>>

Новый томат с повышенным содержанием витамина A 28.02.2026

Проблема дефицита витамина A остается одной из глобальных задач здравоохранения, особенно в регионах с ограниченным доступом к разнообразной пище. Недавние достижения биотехнологий позволяют создавать продукты, способные существенно улучшить питание населения, и одним из таких примеров стал новый томат, обогащенный витамином A. Исследователи из Университета Флориды разработали сорта томатов с повышенным содержанием бета-каротина - вещества, которое организм преобразует в витамин A. Работа была выполнена Джингвеем Фу, Дениз Тиеман и Баллой Ратиноспати в Институте пищевых и аграрных наук UF/IFAS. Созданные помидоры отличаются существенно более высоким уровнем бета-каротина по сравнению с обычными сортами, а также с продуктами, традиционно богатыми этим соединением, такими как сладкий картофель и капуста. По словам профессора Ратинасабапати, регулярное употребление всего 50-100 граммов этих обогащенных томатов может покрыть суточную потребность человека в витамине A, что делает их п ...>>

Случайная новость из Архива Предсказание крупных солнечных вспышек 21.08.2020 Солнечные вспышки испускают внезапные сильные выбросы электромагнитного излучения от поверхности Солнца и его атмосферы и выбрасывают плазму и энергетические частицы в межпланетное пространство. Поскольку крупные солнечные вспышки могут вызывать серьезные нарушения космической погоды, влияющие на Землю, для смягчения их воздействия необходимо прогнозировать их возникновение. Однако, поскольку механизм возникновения солнечных вспышек неясен, большинство методов прогнозирования вспышек до сих пор основывались на эмпирических методах. Исследовательской группе Института космических исследований окружающей среды Земли из Нагойского университета удалось разработать первую физическую модель, которая может точно предсказывать надвигающиеся крупные солнечные вспышки. Новый метод прогнозирования вспышек, называемый каппа-схемой, основан на теории "двухдуговой неустойчивости", то есть магнитогидродинамической (МГД) неустойчивости, вызванной магнитным пересоединением. Исследователи предположили, что мелкомасштабное пересоединение силовых линий магнитного поля может сформировать двойное дуговое (m-образное) магнитное поле и спровоцировать начало солнечной вспышки. Каппа-схема может предсказать, как небольшое магнитное пересоединение вызывает большую вспышку и как может произойти большая солнечная вспышка. Прогнозирующая модель была протестирована примерно на 200 активных регионах в течение 24-го цикла солнечной активности с 2008 по 2019 год с использованием данных, полученных со спутника NASA Solar Dynamics Observatory (SDO). Было продемонстрировано, что, за некоторыми исключениями, каппа-схема предсказывает самые неизбежные солнечные вспышки, а также точное место, из которого они появятся. Исследователи также обнаружили, что новый параметр - "плотность магнитного закрученного потока", близкий к линии инверсии магнитной полярности на поверхности Солнца, - определяет, когда и где могут произойти солнечные вспышки и насколько велики они могут быть.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026