Budućnost punjenja baterija mogla bi se temeljiti na kvantnom efektu poznatom kao neodređeni kauzalni poredak, gdje su zakoni uzročnosti i posljedice promiješani, omogućujući energiji da se kroz sustav kreće brže.
Istraživanja pokazuju da bi kvantne baterije budućnosti mogle postići brže punjenje kršeći konvencionalne zakone uzročnosti. Za razliku od konvencionalnih baterija koje se pune pretvaranjem električne energije u kemijsku na razini velikog broja elektrona, novi eksperimenti ukazuju na mogućnost baterija koje se pune brže i učinkovitije zahvaljujući kvantnom efektu koji mijenja uobičajeni redoslijed uzroka i posljedice, prema istraživanju objavljenom 14. prosinca u časopisu Physical Review Letters.
Kauzalnost, odnosno odnos između uzroka i posljedice, nije uvijek jasan u kvantnoj mehanici, skupu neobičnih pravila koja upravljaju svijetom vrlo malenih. “Uobičajeno je da ako događaj A uzrokuje događaj B, pretpostavlja se da B ne može zauzvrat uzrokovati A. Međutim, recentna teorijska fizika predlaže da u određenim okolnostima, scenariji gdje ‘A uzrokuje B’ i ‘B uzrokuje A’ mogu istovremeno biti istiniti,” objašnjava suautor istraživanja Yuanbo Chen, fizičar sa Sveučilišta u Tokiju.
Prema spcae.com, princip kvantne superpozicije omogućava česticama da istovremeno postoje u mnogim stanjima, sve dok se ne opaze i ne “odluče” za jedno stanje. Svaki aspekt kvantnog objekta, uključujući njegovu lokaciju, momentum, ili čak u zloglasnom Schrödingerovom slučaju, stanje života, može postojati u superpoziciji – to je statistička mješavina svih mogućih stanja koja kolabira u jedno definitivno stanje kada se objekt promatra.
Ovo razumijevanje potaknulo je znanstvenike da provode niz bizarnih eksperimenata koji se protive našem intuitivnom shvaćanju mogućeg, uključujući one gdje pojedinačna čestica može istovremeno postojati i ne postojati na više mjesta.
Superpozicija ne mijenja samo našu percepciju prostora, već i našu percepciju kauzalnosti. Fizičari su 2009. godine koristili uređaj zvan kvantni prekidač da promatraju fenomen neodređenog kauzalnog redoslijeda. Šaljući svjetlosni foton niz dva različita puta, uzrokovali su njegovu podjelu u dva moguća oblika – jedan koji je išao niz prvi put, a drugi kroz drugi.
Zatim, ovisno o putu kojim je foton prošao, fizičari su primijenili dva različita procesa u različitom redoslijedu. Rezultat je bio foton čija je kauzalnost bila prepletena ili zamršena: bio je u kvantnoj superpoziciji gdje su oba redoslijeda događaja bila istinita.
Chen i njegove kolege istraživali su mogućnost primjene ovog principa na kvantnu bateriju, teoretski uređaj koji bi mogao teoretski pohranjivati energiju fotona i puniti se brže od konvencionalnih elektrokemijskih baterija. Uspoređujući tri metode punjenja – spajanje dva punjača na bateriju sekvencijalno, istovremeno ili u superpoziciji koja čini nemoguće odrediti redoslijed ulaza – njihovi proračuni pokazali su da bi metoda superpozicije omogućila punjaču niske snage s kauzalno prepletenim punjenjem da dostavi više energije učinkovitije od konvencionalnog punjača visoke snage.
Nakon svojih proračuna, istraživači su proveli dokazni eksperiment koristeći svjetlost. Šaljući fotone kroz kvantni prekidač s dva moguća puta, istraživači su podijelili svjetlosne čestice na dva moguća oblika, svaki prolazeći različitim putem. Nakon što su podvrgnuli svjetlost dva različita ulaza koji bi ih polarizirali u različitom redoslijedu (A pa B ili B pa A) ovisno o putu kojim su prošli, istraživači su izmjerili polarizaciju na kraju i otkrili da su pojedinačni fotoni bili kauzalno zamršeni.
Nakon testiranja svog protokola, znanstvenici ističu da je njihov sljedeći izazov stvoriti fizičku kvantnu bateriju koja može držati punjenje. Međutim, prvi eksperimentalni dokaz za kvantnu bateriju objavljen je tek prošle godine, pa se stvaranje funkcionalne kvantne baterije možda neće dogoditi uskoro.
“U trenutnoj situaciji koju obilježavaju ograničeni eksperimentalni napori i tekuća teorijska istraživanja u području kvantnih baterija, teško je procijeniti točan vremenski okvir za postizanje konkretnih rezultata,” objašnjava Chen. Iako je put do praktične primjene kvantnih baterija možda još uvijek dalek, ovaj eksperimentalni dokaz otvara nova vrata u razumijevanju i potencijalnoj upotrebi kvantne mehanike u svakodnevnom životu.
Unatoč tehničkim izazovima, perspektiva brzog i učinkovitijeg punjenja baterija pomoću kvantne superpozicije i neodređenog kauzalnog redoslijeda intrigantna je i predstavlja značajni pomak u našem razumijevanju i mogućnostima pohrane energije. Kako se istraživanja nastavljaju, možemo očekivati daljnje prodore i inovacije koje bi mogle revolucionirati način na koji koristimo i pohranjujemo energiju.
Dok čekamo razvoj ovih naprednih tehnologija, možemo se diviti potencijalu koji kvantna fizika nudi. Od neobičnih i nesvakidašnjih fenomena do potencijalnih tehnoloških revolucija, kvantne baterije simboliziraju rastući spoj znanstvene znatiželje i praktične inovacije. Budućnost punjenja energije možda leži u misterioznim pravilima kvantnog svijeta, i s nestrpljenjem iščekujemo nove otkriće koje će nam ta budućnost donijeti.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
