ადრე თუ გვიან დღევანდელი ცივილური სამყარო უნდა გადავიდეს განახლებად ენერგიებზე, რაც გარდაუვალი ჩანს კაცობრიობის მუდმივად მზარდი ენერგიის მოთხოვნილების და წიაღისეული საწვავის სასრულობის გათვალისწინებით. უკვე არაერთი კვლევა ჩატარდა ენერგიის ალტერნატიული წყაროების შემუშავების მიზნით, რომელთა უმეტესობა იყენებს ელექტროენერგიას, როგორც ენერგიის მთავარ მატარებელს. განახლებადი ენერგიის ფართო კვლევას თან ახლავს თანდათანობითი სოციალური ცვლილებები. მსოფლიომ მიიღო ახალი პროდუქტები და მოწყობილობები, რომლებიც მუშაობენ განახლებად ენერგიაზე. ყველაზე გასაოცარი ცვლილება იყო ელექტრომობილების რაოდენობის საკმაოდ სწრაფი ზრდა. მიუხედავად იმისა, რომ 10 წლის წინ ისინი იშვიათად ჩანდნენ გზებზე, ახლა ყოველწლიურად მილიონობით ელექტრომობილი იყიდება. დღესდღეობით ელექტრო მანქანების ბაზარი ერთ-ერთი ყველაზე სწრაფად მზარდი სექტორია.

ტრადიციული მანქანებისგან განსხვავებით, ელექტრო მანქანები მუშაობენ ბატარეებზე, რომლებიც წარმოადგენენ მათი ენერგიის შესანახ საშუალებას. დიდი ხნის განმავლობაში ბატარეებს გააჩნდათ გაცილებით დაბალი ენერგო ტევადობა, ტრადიციულ ენერგომატარებლებთან შედარებით. თუმცა, ტექნოლოგიების თანდათანობითმა გაუმჯობესებამ ელექტრომობილების განარბენის დიაპაზონი დაახლოებით მისაღებ დონეზე მიიყვანა.

ერთ-ერთი მთავარი ტექნიკური შეფერხება, რომელიც უნდა გადაჭრილიყო ელექტრომობილების მიმდინარე რევოლუციის დასაწყებად, იყო ბატარეის შენახვის ტექნოლოგიის გაუმჯობესება. გარდა ამ პრობლემისა, ელექტრო მანქანების დღევანდელი მომხმარებლები კიდევ ერთ სირთულეს აწყდებიან, ესაა ბატარეის დატენის დაბალი სიჩქარე. ამჟამად ელექტრომობილების სრულად დატენას დაახლოებით 10 საათი სჭირდება. ხოლო დამტენ სადგურებზე, ყველაზე სწრაფ დამტენებსაც კი, 20-დან 40 წუთამდე სჭირდებათ მანქანების სრულად დასამუხტად. ეს, რაღა თქმა უნდა, დამატებით ხარჯებს და უხერხულობას უქმნის მომხმარებელს.

ამ პრობლემის გადასაჭრელად მეცნიერები პასუხებს ეძებდნენ კვანტური ფიზიკის სფეროში. მათმა ძიებამ გამოიწვია აღმოჩენა, რომ კვანტური ტექნოლოგიები შეიძლება გვპირდებოდნენ ახალ მექანიზმებს ბატარეების უფრო სწრაფი დატენისთვის. კვანტური ბატარეის ტექნოლოგია პირველად შემოთავაზებული იქნა 2012 წელს პოლონელი და ბელგიელი მეცნიერების, R. Alicki და M. Fannes მიერ ჟურნალ Phys. Rev. E-ში გამოქვეყნებულ ნაშრომში. მათ შემოგვთავაზეს იდეა, თუ როგორ შეიძლება კვანტური რესურსები, როგორიცაა კვანტური გადაჯაჭვულობა, გამოყენებულ იქნას ბატარეის დატენის პროცესის საგრძნობლად დასაჩქარებლად. ეს შეიძლება განხორციელდეს ბატარეის შიგნით არსებული ყველა უჯრედის ერთდროული, კოლექტიური დატენით.

ეს განსაკუთრებით საინტერესოა, რადგან თანამედროვე, მაღალი ტევადობის ბატარეები შეიძლება შეიცავდეს მრავალ უჯრედს. ასეთი კოლექტიური დამუხტვა შეუძლებელია კლასიკურ ბატარეებში, სადაც უჯრედები პარალელურად იტენება, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად. კოლექტიური დატენის უპირატესობა პარალელურ დატენასთან შედარებით შეიძლება შეფასდეს თანაფარდობით, რომელსაც ეწოდება ‘კვანტური დამუხტვის უპირატესობა’. დაახლოებით 2017 წელს მკვლევარებმა შენიშნეს, რომ ამ კვანტური უპირატესობის მისაღებად შეიძლება არსებობდეს ორი მეთოდი - გლობალური ოპერაცია (როდესაც ყველა უჯრედი ერთდროულად ესაუბრება ყველა დანარჩენს, ე. ი. "ყველა ერთ მაგიდასთან ზის") და ყველას ყველასთან მიერთება (ანუ "ბევრი დისკუსია, მაგრამ ყველა დისკუსიას მხოლოდ ორი მონაწილე ჰყავს"). თუმცა, გაურკვეველი იყო აუცილებელია თუ არა ორივე ეს მეთოდი და არის თუ არა რაიმე შეზღუდვა დატენის სიჩქარეზე, რომლის მიღწევაც შესაძლებელია.

2021 წლის აგვისტოში, ლოს-ალამოსის სამეცნიერო ნაშრომების კვანტური ფიზიკის არქივში ჩადებულ სტატიაში (ნაშრომი ახლახან დასაბეჭდად მიიღო ჟურნალმა Phys. Rev. Lett.), სეულის უნივერსიტეტის და სამხრეთ კორეის საბაზისო მეცნიერების ინსტიტუტის მკვლევარებმა ღრმად შეისწავლეს ეს კითხვები. მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ კვანტურ ბატარეებში ყველა-ყველაზე დაწყვილება არა-რელევანტურია და რომ გლობალური ოპერაციების არსებობა კვანტური უპირატესობის თანაფარდობის ერთადერთი ინგრედიენტია.

ჯგუფმა შეძლო ზუსტად დაედგინა, როგორი დატენის სიჩქარის მიღწევა შეიძლება ამ სქემით. მიუხედავად იმისა, რომ დატენის მაქსიმალური სიჩქარე წრფივად იზრდება კლასიკურ ბატარეებში უჯრედების რაოდენობასთან ერთად, კვლევამ აჩვენა, რომ კვანტურ ბატარეებს, რომლებიც იყენებენ გლობალურ მუშაობას, შეუძლიათ დატენის სიჩქარე კვადრატულად გაზარდონ. ამის საილუსტრაციოდ განვიხილოთ ტიპიური ელექტრომობილი ბატარეით (იხ. სურათზე კლასიკური და კვანტური დატენის სქემატური გამოსახულება), რომელიც შეიცავს დაახლოებით 200 უჯრედს. კვანტური დატენის გამოყენება გამოიწვევს 200-ჯერ აჩქარებას კლასიკურ ბატარეებთან შედარებით, რაც ნიშნავს, რომ სრული დატენის დრო 10 საათიდან დაახლოებით 3 წუთამდე შემცირდება. მაღალსიჩქარიან დამტენ სადგურებზე კი დამუხტვის დრო 30 წუთიდან წამებამდე შემცირდება.

მკვლევარები ამბობენ, რომ შედეგები შორსმიმავალია და კვანტური დამუხტვის შედეგები შეიძლება სცდებოდეს ელექტრომობილებს და სამომხმარებლო ელექტრონიკას. რა თქმა უნდა, კვანტური ტექნოლოგიები ჯერ კიდევ საწყის ეტაპზეა და ამ მეთოდების პრაქტიკაში დანერგვამდე დიდი გზაა გასავლელი. კვლევის შედეგები, როგორიცაა ჩვენს მიერ განხილული, ქმნის პერსპექტიულ მიმართულებას და შეუძლია წაახალისოს დამფინანსებელი სააგენტოები და ბიზნესები, განახორციელონ ინვესტიციები ამ ტექნოლოგიებში.

წყარო:

https://phys.org/...-fast.html

https://arxiv.org/pdf/2108.02491.pdf