Kvantové batérie by sa mohli nabíjať narušením nášho chápania času

Kauzalita je kľúčom k našej skúsenosti s realitou: napríklad pád pohára spôsobí jeho rozbitie, takže sa nemôže rozbiť skôr, ako spadne. No v kvantovom svete tieto pravidlá nemusia nevyhnutne platiť a vedci teraz ukázali, ako možno túto zvláštnosť využiť na nabíjanie kvantovej batérie. V istom zmysle by sa dalo povedať, že kvantové batérie sú napájané paradoxmi. Na papieri fungujú tak, že uchovávajú energiu v kvantových stavoch atómov a molekúl, no len čo sa dostaneme do kvantovej oblasti, začnú sa diať čudné veci. V tomto prípade nová štúdia zistila, že kvantové batérie by mohli fungovať tak, že porušujú príčinu a následok, ako ich poznáme.

„Súčasné batérie pre zariadenia s nízkou spotrebou energie, ako sú smartfóny alebo senzory, zvyčajne používajú na uskladnenie náboja chemické látky, napríklad lítium, zatiaľ čo kvantová batéria využíva mikroskopické častice, ako sú polia atómov,“ povedal Yuanbo Chen, autor štúdie. Zatiaľ čo chemické batérie sa riadia klasickými fyzikálnymi zákonmi, mikroskopické častice majú kvantovú povahu, takže ohýbajú alebo dokonca porušujú naše intuitívne predstavy o tom, čo sa odohráva v malých mierkach.

Vedcov osobitne zaujímal spôsob, ako môžu kvantové častice pôsobiť na porušenie jednej z našich najzákladnejších skúseností, a to skúsenosti s časom. V klasickej fyzike je kauzalita jasne lineárna. Ak sa vrátime k predchádzajúcej analógii, pád pohára (udalosť A) spôsobí jeho rozbitie (udalosť B), ale vzťah medzi týmito dvoma udalosťami nemožno zvrátiť (pohár nespadol preto, že bol rozbitý). V oblasti kvantovej fyziky však toto obmedzenie platiť nemusí. A aplikovanie tohto paradoxu na kvantové batérie by mohlo pomôcť zefektívniť ich.

V novej štúdii vedci z Tokijskej univerzity uskutočnili laboratórny experiment s použitím laserov, šošoviek a zrkadiel, ktoré fungujú ako veľkorozmerná kvantová batéria. Nabíjanie týchto batérií by si zvyčajne vyžadovalo viacero nabíjacích fáz, ktoré by fungovali jedna po druhej, ale tu tím využil kvantový efekt nazývaný neurčitý kauzálny poriadok (indefinite causal order – ICO). V podstate po uvedení systému do kvantovej superpozície môže kauzálny poriadok existovať v oboch smeroch súčasne, čo umožňuje, aby viaceré kroky nabíjania fungovali spoločne, a nie postupne.

„S ICO sme ukázali, že spôsob nabíjania batérie zloženej z kvantových častíc môže výrazne ovplyvniť jej výkon,“ povedal Chen. „Zaznamenali sme obrovský nárast energie uloženej v systéme aj tepelnej účinnosti. A trochu kontraintuitívne sme objavili prekvapivý účinok interakcie, ktorá je opačná, než by ste mohli očakávať: Nabíjačka s nižším výkonom by mohla poskytnúť vyššiu energiu s vyššou účinnosťou ako porovnateľná nabíjačka s vyšším výkonom, ktorá používa rovnaké vybavenie.“

Pre väčšinu ľudí je to možno ťažké pochopiť, ale kvantové batérie by jedného dňa mohli byť realitou. V súčasnosti existujú len ako laboratórne experimenty, ale vedci pomaly testujú rôzne ich aspekty s konečným cieľom prísť na to, ako spojiť jednotlivé časti do fungujúceho celku. Výskum bol publikovaný v časopise Physical Review Letters.

Zdroj: newatlas.com.