(Phys.org)—I fisici hanno teoricamente dimostrato che, quando più batterie su nanoscala sono accoppiate insieme, possono essere caricati più velocemente che se ogni batteria fosse caricata individualmente. Il miglioramento deriva da fenomeni quantistici collettivi ed è radicato nel campo emergente della termodinamica quantistica, lo studio di come gli effetti quantistici influenzano le leggi tradizionali che governano l'energia e il lavoro.

I ricercatori, Francesco Campaioli et al. hanno pubblicato un articolo sulla ricarica rapida delle batterie su nanoscala in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Sebbene molte ricerche abbiano dimostrato che i fenomeni quantistici offrono vantaggi nelle applicazioni di elaborazione delle informazioni, come l'informatica e la comunicazione sicura, ci sono state pochissime dimostrazioni di vantaggi quantistici in termodinamica. In un recente studio in questo campo, i ricercatori hanno dimostrato che l'entanglement quantistico può consentire di estrarre più lavoro da un dispositivo di accumulo di energia su nanoscala, o "batteria quantistica, " di quanto sarebbe possibile senza entanglement.

Nel nuovo studio, i ricercatori si basano su questo risultato per dimostrare che i fenomeni quantistici possono anche aumentare la potenza di carica delle batterie quantistiche. Hanno anche scoperto che il processo non richiede necessariamente l'entanglement, sebbene richieda operazioni che hanno il potenziale per generare stati entangled.

"Il nostro lavoro mostra come le operazioni intricate, ovvero, interazioni tra due o più corpi:sono necessarie per ottenere un vantaggio quantico per la potenza di carica delle batterie a molti corpi, considerando che l'entanglement in sé non costituisce una risorsa, " Campaioli, alla Monash University in Australia, detto Phys.org . "Inoltre, dimostriamo che per le batterie accoppiate localmente il vantaggio quantico scala con il numero di batterie che interagiscono".

Il vantaggio quantistico non è senza limiti, però, e i fisici ricavano il limite superiore da quanto più velocemente una raccolta di batterie può essere caricata con l'aiuto dei fenomeni quantistici. Mostrano che per le batterie accoppiate localmente il vantaggio quantico cresce con il numero di batterie che interagiscono. Questi limiti per il vantaggio quantistico si basano sui limiti di velocità quantistica, che vengono utilizzati, Per esempio, stimare la velocità massima dei processi quantistici, come calcoli su un computer quantistico. Qui, il limite è per i processi termodinamici.

Globale, i risultati possono portare a metodi per migliorare i futuri processi di ricarica di energia su scala nanometrica, nonché a una migliore comprensione di come la teoria quantistica e la termodinamica siano correlate.

"Il nostro risultato potrebbe essere utilizzato per fornire una ricarica ottimale per i nanodispositivi che si basano su batterie costituite da pochi sistemi quantistici, come qubit di carica, ioni o atomi, " Campaioli ha detto. "Il nostro piano per la ricerca futura in questo campo è quello di fornire un limite superiore stretto al vantaggio che può essere ottenuto per mezzo di interazioni tra un numero finito di corpi. Per di più, vorremmo ottenere una realizzazione sperimentale del suddetto vantaggio quantistico."

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