Il modello Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), un modello esattamente risolvibile ideato da Subir Sachdev e Jinwu Ye, si è recentemente rivelato utile per comprendere le caratteristiche dei diversi tipi di materia. Poiché descrive la materia quantistica senza quasiparticelle ed è contemporaneamente una versione olografica di un buco nero quantistico, è stato finora adottato sia dalla materia condensata che dai fisici delle alte energie.

I ricercatori dell'Università di Pisa e dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) hanno recentemente utilizzato il modello SYK per esaminare i protocolli di ricarica delle batterie quantistiche. La loro carta, pubblicato in Lettere di revisione fisica , offre prove del potenziale delle risorse della meccanica quantistica per potenziare il processo di carica delle batterie.

"Precedenti studi teorici hanno stabilito che l'entanglement può essere utilizzato per accelerare notevolmente il processo di ricarica di una batteria quantistica, "Davide Rossini e Gian Marcello Andolina, due dei ricercatori che hanno condotto lo studio, ha detto a Phys.org, Via Posta Elettronica. "Però, mancava un modello a stato solido concreto che mostrasse una ricarica così rapida, fino ad ora."

Rossini, Andolina e i loro colleghi si sono resi conto che il modello SYK è un buon candidato per esaminare il processo di ricarica rapida delle batterie quantistiche, come è noto per generare dinamiche altamente entangled. Il modello multi-corpo, le dinamiche in tempo reale sono in definitiva sufficientemente complesse da superare gli approcci analitici standard.

"Per i nostri scopi, abbiamo trovato conveniente impiegare un trattamento numerico basato sull'esatta diagonalizzazione di matrici enormi, "Spiegarono Rossini e Andolina. "Abbiamo così eseguito ampie simulazioni numeriche, richiedendo fino a 100 Gb di memoria e circa due settimane di tempo di calcolo, su un cluster di calcolo ad alte prestazioni per scopi scientifici."

Il modello utilizzato dai ricercatori è il primo a delineare chiaramente un vantaggio quantistico nella velocità di ricarica delle batterie quantistiche. Sebbene questo modello sia particolarmente difficile da utilizzare in ambienti di laboratorio, il recente lavoro di Rossini, Andolina e i loro colleghi sono stati un primo e importante passo verso la raccolta di prove sperimentali di questo vantaggio quantistico.

"Una batteria è una macchina piuttosto complicata, quale si vorrebbe caricare rapidamente, che dovrebbe immagazzinare energia per lungo tempo e fornire infine un lavoro utile, " hanno detto Rossini e Andolina. "Mentre abbiamo dimostrato che le risorse della meccanica quantistica possono potenziare il processo di ricarica, non è ancora chiaro se possano essere utilizzati per migliorare altri compiti di una tale ipotetica batteria quantistica, quindi l'indagine sulle batterie quantistiche è ancora agli inizi".

Il recente studio condotto da Rossini, Andolina e i loro colleghi offrono una forte evidenza numerica che suggerisce il vantaggio dell'applicazione di forze quantomeccaniche nelle batterie, che è reso possibile dalla dinamica quantistica sottostante altamente entangled. Nel futuro, potrebbe aprire la strada allo sviluppo di più batterie che possono essere caricate più velocemente.

"Un'interessante possibile aggiunta al nostro lavoro sarebbe applicare gli stessi concetti ai motori termici, " ha detto Rossini. "Dal XVIII secolo, è [è stato] noto che l'efficienza di un motore termico non può superare un valore universale noto come limite di Carnot. Perciò, è chiaro che le risorse della meccanica quantistica non possono essere utilizzate per migliorare l'efficienza. Però, non esiste alcun vincolo universale riguardo al potere, e abbiamo in programma di studiare un motore termico basato su SYK per indagare ulteriormente su questo problema".

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