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日本がエネルギーを失わない初の量子電池を発表！

の科学者チーム 理化学研究所 量子コンピューティング研究センター 日本と 華中科学技術大学 中国では、エネルギー貯蔵についての私たちの知識を根本的に変える可能性のある理論モデルを発表しました。これが最初の「」トポロジカル量子電池これは、長距離にわたってエネルギーを損失なく輸送できる、あるいはさらに優れた方法として、損失のプロセス自体を利用して一時的に充電を高めることができるシステムです。 この研究は、 物理的なレビューレターは、フォトニック導波路のトポロジカル特性を利用して、これまで量子電池を理論の領域に留めていた物理学の基本的な限界を克服する方法を示しています。この発見が実験的に確認されれば、高効率のナノスケール電池につながり、実用的な量子デバイスの時代が近づく可能性がある。 いわゆる量子電池は、古典的な電池のような化学反応ではなく、量子の重ね合わせ、もつれ、コヒーレンスなどの現象を通じてエネルギーを貯蔵および輸送することを約束しています。 この理論は、このようなバッテリーは瞬時に充電でき、エネルギー密度がはるかに高く、損失を最小限に抑えてエネルギーを伝達できることを示唆しています。しかし、これまでのところ、真の量子電池を作ろうとする試みはすべて、量子のコヒーレンスが非常に脆弱であるという同じ問題に遭遇しています。環境内の小さな欠陥やわずかな熱雑音だけで量子効果が破壊され、エネルギー損失につながります。 トポロジーは、物体が歪んだり変形したりしても変化しない特性を研究する数学の分野であり、現代物理学で最も魅力的なツールの 1 つとして浮上しています。近年、トポロジカル材料は電子または光子をほぼ損失ゼロで輸送できることが示されています。 科学者 現在、彼らはそれをエネルギー貯蔵にも活用しようとしている。 彼のチーム 王国 トポロジカル安定性を備えたフォトニック導波路と、エネルギー貯蔵庫として機能する 2 つのエネルギー準位の原子という 2 つの重要な要素を組み合わせたモデルを使用しました。研究者らは、シミュレーションと解析モデルを使用して、長距離エネルギー伝達と損失耐性を同時に達成できることを示しました。 さらに予想外だったのは、「散逸」、つまりエネルギー損失の現象によって、場合によっては充電力が一時的に増加する可能性があるという発見でした。簡単に言えば、障害だと思っていた現象が味方になることもあります。 研究者らによると、 このトポロジー システムにより、充電源とバッテリーの「セル」の間でほぼ完全なエネルギー伝達が可能になります。。この 2 つが同じ点にある場合、システムは特定のサブネットに限定され、損失の影響を受けなくなります。しかし、損失が臨界しきい値を超えた場合でも、充電は即座にブーストされ、外部介入なしで追加のエネルギーが提供されます。 これらの発見は、エネルギーシステムの物理学の基本的な仮定を覆します。これまで、拡散は常に望ましくないものと考えられてきました。新しい理論的アプローチは、適切な条件下では、自然が摩耗そのものをパフォーマンス向上メカニズムとして利用できることを示しています。 «私たちの研究は、エネルギー貯蔵に関する新しいトポロジカルな視点を提供し、高性能の小型システムを作成する方法を示しています。」と研究の筆頭著者は述べています。 ジー・グアン・ルー。 «距離と損失の壁を乗り越えることができれば、ついに量子電池が現実になるかもしれない»。 国際チームのリーダー、 チェン・シャン、次の目標は、モデルを理論から実験室に持ち込むことだと付け加えています。 私たちは数学的記述と実際のデバイスの間のギャップを埋めたいと考えています。それは量子時代への第一歩です テクノロジー 私たち全員が期待していました。 このモデルが実装されれば、その影響は計り知れないものになるでしょう。トポロジカル量子電池は、損失や複雑な冷却システムやエラー訂正システムを必要とせずに、小さな量子デバイス、光子通信ネットワーク、または量子コンピュータに電力を供給することができます。…