(Phys.org)—Les physiciens ont théoriquement montré que, lorsque plusieurs batteries nanométriques sont couplées, elles peuvent être chargées plus rapidement que si chaque batterie était chargée individuellement. L'amélioration découle de phénomènes quantiques collectifs et est enracinée dans le domaine émergent de la thermodynamique quantique, l'étude de la façon dont les effets quantiques influencent les lois traditionnelles régissant l'énergie et le travail.

Les chercheurs, Francesco Campaioli et al., ont publié un article sur la charge rapide des batteries nanométriques dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

Bien que de nombreuses recherches aient montré que les phénomènes quantiques offrent des avantages dans les applications de traitement de l'information, comme l'informatique et la communication sécurisée, il y a eu très peu de démonstrations d'avantages quantiques en thermodynamique. Dans une étude récente dans ce domaine, les chercheurs ont montré que l'intrication quantique peut permettre d'extraire davantage de travail d'un dispositif de stockage d'énergie à l'échelle nanométrique, ou "batterie quantique, " que cela ne serait possible sans enchevêtrement.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs s'appuient sur ce résultat pour montrer que les phénomènes quantiques peuvent également améliorer la puissance de charge des batteries quantiques. Ils ont également constaté que le processus ne nécessite pas nécessairement un enchevêtrement, bien que cela nécessite des opérations qui ont le potentiel de générer des états intriqués.

« Notre travail montre à quel point les opérations enchevêtrées, c'est-à-dire interactions entre deux ou plusieurs corps - sont nécessaires pour obtenir un avantage quantique pour la puissance de charge des batteries à plusieurs corps, considérant que l'enchevêtrement en lui-même ne constitue pas une ressource, " Campaïoli, à l'Université Monash en Australie, Raconté Phys.org . "En outre, nous montrons que pour les batteries couplées localement, l'avantage quantique varie avec le nombre de batteries en interaction. »

L'avantage quantique n'est pas sans limites, cependant, et les physiciens calculent la limite supérieure de la vitesse à laquelle une collection de batteries peut être chargée à l'aide de phénomènes quantiques. Ils montrent que pour les batteries couplées localement, l'avantage quantique augmente avec le nombre de batteries en interaction. Ces limites pour l'avantage quantique sont basées sur des limites de vitesse quantiques, qui sont utilisés, par exemple, estimer la vitesse maximale des processus quantiques, tels que les calculs sur un ordinateur quantique. Ici, la limite est pour les processus thermodynamiques.

Globalement, les résultats peuvent conduire à des méthodes d'amélioration des futurs processus de recharge d'énergie à l'échelle nanométrique, ainsi qu'à une meilleure compréhension de la relation entre la théorie quantique et la thermodynamique.

"Notre résultat pourrait être utilisé pour fournir une charge optimale pour les nanodispositifs qui reposent sur des batteries composées de quelques systèmes quantiques, tels que les qubits de charge, des ions ou des atomes, " Campaioli a déclaré. "Notre plan pour les recherches futures dans ce domaine est de fournir une limite supérieure serrée à l'avantage qui peut être obtenu au moyen d'interactions entre un nombre fini de corps. Par ailleurs, nous aimerions obtenir une réalisation expérimentale de l'avantage quantique mentionné ci-dessus."

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