Trong vài thập kỷ qua, dường như mọi công nghệ cổ điển đều đã có một phiên bản lượng tử. Chúng ta thường thấy mọi người đầu tư rất nhiều thời gian và nguồn lực vào việc phát triển máy tính lượng tử, bên cạnh đó còn có những tiến bộ trong lĩnh vực internet lượng tử, mật mã lượng tử, và cả trí tuệ nhân tạo lượng tử. Tuy nhiên, một công nghệ chưa nhận được nhiều sự chú ý là pin lượng tử. Như tên gọi của nó, pin lượng tử lưu trữ năng lượng bằng cách sử dụng photon - những hạt ánh sáng và cũng là vật mang trong lực điện từ - thay vì electron hay ion như pin điện hóa truyền thống.
Kể từ khi được giới thiệu vào năm 2012, các nhà khoa học vẫn chưa thể chứng minh một cách thuyết phục lợi thế lượng tử của công nghệ này. Liệu pin lượng tử có thật sự vượt qua khả năng hoạt động của những pin cổ điển hay không? Tuy nhiên, pin lượng tử có một số tính năng độc đáo rất thú vị. Nhờ vào những đặc điểm như sự rối lượng tử và siêu hấp thụ - hiện tượng mà tốc độ hấp thụ ánh sáng tăng lên cùng với số lượng phân tử - pin lượng tử có khả năng sạc nhanh hơn ngay cả những pin cổ điển tốt nhất hiện nay. Mới đây, một nghiên cứu đã chỉ ra bằng chứng đầu tiên về lợi thế lượng tử trong loại pin mới này.
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học tại Đại học PSL ở Paris và Đại học Pisa đã mô tả cách họ phát triển một mô hình pin lượng tử đơn giản ở quy mô vi mô. Dù rằng pin này không thể sạc cho iPhone của bạn ngay bây giờ, nhưng nó mang lại một cú hích lớn cho nỗ lực phát triển những công nghệ có thể thay đổi cuộc chơi này.
"Mô hình của chúng tôi bao gồm hai dao động điều hòa liên kết với nhau: một cái hoạt động như 'bộ sạc' và cái còn lại như 'pin'," các tác giả cho biết. "Yếu tố chính cho phép lợi thế lượng tử là sự tương tác phi điều hòa giữa hai dao động trong quá trình sạc. Sự liên kết phi điều hòa này cho phép hệ thống tiếp cận trạng thái không cổ điển, rối nhau […] qua đó cho phép chuyển năng lượng nhanh hơn so với động lực cổ điển."
Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy rằng pin có thể lý thuyết đạt đến giới hạn tốc độ lượng tử (QSL), tức là tốc độ thay đổi tối đa trong một hệ thống lượng tử, điều này chắc chắn sẽ vượt qua khả năng của pin cổ điển.
Đây không phải là mô hình lý thuyết đầu tiên về pin lượng tử. Năm ngoái, một nhóm nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình pin lượng tử có kích thước bằng một nguyên tử, sử dụng các khoang trung gian để tránh “decoherence,” quá trình mà qua đó một hệ thống mất đi các thuộc tính lượng tử của nó. Tuy nhiên, cả hai ví dụ này chỉ là các mô hình lý thuyết; việc xây dựng một thiết bị thực tế là một chuyện hoàn toàn khác. Chính vì lý do này, các nhà nghiên cứu tin rằng pin lượng tử vẫn còn khá xa so với các ứng dụng hàng ngày. Các tác giả của bài báo mới cho biết rằng pin này cần phải được xây dựng bằng các mạch siêu dẫn, mà trải qua không có điện trở ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối.
"Chúng tôi tin rằng công trình này cung cấp bằng chứng đầu tiên về một lợi thế lượng tử thực sự trong một mô hình có thể giải quyết," các tác giả cho hay. "Chúng tôi hy vọng rằng công trình của chúng tôi sẽ kích thích thêm nghiên cứu trên lĩnh vực thú vị này, thúc đẩy sự tiến bộ cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm."
Darren, tác giả bài viết, hiện đang sống tại Portland, có một chú mèo và viết cũng như biên tập về khoa học viễn tưởng và cách mà thế giới hoạt động. Nếu bạn tìm kiếm, bạn có thể tìm thấy những bài viết trước của anh ấy trên Gizmodo và Paste.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65385727/quantum-battery-speed-limit/
Kể từ khi được giới thiệu vào năm 2012, các nhà khoa học vẫn chưa thể chứng minh một cách thuyết phục lợi thế lượng tử của công nghệ này. Liệu pin lượng tử có thật sự vượt qua khả năng hoạt động của những pin cổ điển hay không? Tuy nhiên, pin lượng tử có một số tính năng độc đáo rất thú vị. Nhờ vào những đặc điểm như sự rối lượng tử và siêu hấp thụ - hiện tượng mà tốc độ hấp thụ ánh sáng tăng lên cùng với số lượng phân tử - pin lượng tử có khả năng sạc nhanh hơn ngay cả những pin cổ điển tốt nhất hiện nay. Mới đây, một nghiên cứu đã chỉ ra bằng chứng đầu tiên về lợi thế lượng tử trong loại pin mới này.
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học tại Đại học PSL ở Paris và Đại học Pisa đã mô tả cách họ phát triển một mô hình pin lượng tử đơn giản ở quy mô vi mô. Dù rằng pin này không thể sạc cho iPhone của bạn ngay bây giờ, nhưng nó mang lại một cú hích lớn cho nỗ lực phát triển những công nghệ có thể thay đổi cuộc chơi này.
"Mô hình của chúng tôi bao gồm hai dao động điều hòa liên kết với nhau: một cái hoạt động như 'bộ sạc' và cái còn lại như 'pin'," các tác giả cho biết. "Yếu tố chính cho phép lợi thế lượng tử là sự tương tác phi điều hòa giữa hai dao động trong quá trình sạc. Sự liên kết phi điều hòa này cho phép hệ thống tiếp cận trạng thái không cổ điển, rối nhau […] qua đó cho phép chuyển năng lượng nhanh hơn so với động lực cổ điển."
Các nhà nghiên cứu cũng cho thấy rằng pin có thể lý thuyết đạt đến giới hạn tốc độ lượng tử (QSL), tức là tốc độ thay đổi tối đa trong một hệ thống lượng tử, điều này chắc chắn sẽ vượt qua khả năng của pin cổ điển.
Đây không phải là mô hình lý thuyết đầu tiên về pin lượng tử. Năm ngoái, một nhóm nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình pin lượng tử có kích thước bằng một nguyên tử, sử dụng các khoang trung gian để tránh “decoherence,” quá trình mà qua đó một hệ thống mất đi các thuộc tính lượng tử của nó. Tuy nhiên, cả hai ví dụ này chỉ là các mô hình lý thuyết; việc xây dựng một thiết bị thực tế là một chuyện hoàn toàn khác. Chính vì lý do này, các nhà nghiên cứu tin rằng pin lượng tử vẫn còn khá xa so với các ứng dụng hàng ngày. Các tác giả của bài báo mới cho biết rằng pin này cần phải được xây dựng bằng các mạch siêu dẫn, mà trải qua không có điện trở ở nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối.
"Chúng tôi tin rằng công trình này cung cấp bằng chứng đầu tiên về một lợi thế lượng tử thực sự trong một mô hình có thể giải quyết," các tác giả cho hay. "Chúng tôi hy vọng rằng công trình của chúng tôi sẽ kích thích thêm nghiên cứu trên lĩnh vực thú vị này, thúc đẩy sự tiến bộ cả về mặt lý thuyết và thực nghiệm."
Darren, tác giả bài viết, hiện đang sống tại Portland, có một chú mèo và viết cũng như biên tập về khoa học viễn tưởng và cách mà thế giới hoạt động. Nếu bạn tìm kiếm, bạn có thể tìm thấy những bài viết trước của anh ấy trên Gizmodo và Paste.
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65385727/quantum-battery-speed-limit/
