Le modèle Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), un modèle exactement soluble conçu par Subir Sachdev et Jinwu Ye, s'est récemment révélée utile pour comprendre les caractéristiques de différents types de matière. Comme il décrit la matière quantique sans quasiparticules et est simultanément une version holographique d'un trou noir quantique, il a jusqu'à présent été adopté par les physiciens de la matière condensée et des hautes énergies.

Des chercheurs de l'Université de Pise et de l'Institut italien de technologie (IIT) ont récemment utilisé le modèle SYK pour examiner les protocoles de charge des batteries quantiques. Leur papier, Publié dans Lettres d'examen physique , offre la preuve du potentiel des ressources de la mécanique quantique pour booster le processus de charge des batteries.

"Des études théoriques antérieures ont émis l'idée que l'enchevêtrement peut être utilisé pour accélérer considérablement le processus de charge d'une batterie quantique, " Davide Rossini et Gian Marcello Andolina, deux des chercheurs qui ont mené l'étude, a dit à Phys.org, par email. "Toutefois, un modèle à semi-conducteurs concret affichant une charge aussi rapide manquait, jusqu'à maintenant."

Rossini, Andolina et leurs collègues ont réalisé que le modèle SYK est un bon candidat pour examiner le processus de charge rapide des batteries quantiques, car il est connu pour générer une dynamique très enchevêtrée. Le modèle à plusieurs corps, la dynamique en temps réel est finalement suffisamment complexe pour qu'elle surpasse les approches analytiques standard.

"Pour nos besoins, nous avons trouvé pratique d'employer un traitement numérique basé sur la diagonalisation exacte de matrices énormes, " expliquent Rossini et Andolina. " Nous avons ainsi effectué des simulations numériques poussées, nécessitant jusqu'à 100 Go de mémoire et environ deux semaines de temps de calcul, sur un cluster de calcul haute performance à des fins scientifiques.

Le modèle utilisé par les chercheurs est le premier à délimiter clairement un avantage quantique dans la vitesse de charge des batteries quantiques. Bien que ce modèle soit particulièrement difficile à utiliser en laboratoire, les travaux récents de Rossini, Andolina et leurs collègues ont été une première et importante étape vers la collecte de preuves expérimentales de cet avantage quantique.

"Une batterie est une machine assez compliquée, que l'on souhaite charger rapidement, qui devrait stocker de l'énergie pendant longtemps et fournir enfin un travail utile, " Rossini et Andolina ont déclaré. " Alors que nous avons prouvé que les ressources mécaniques quantiques peuvent stimuler le processus de charge, on ne sait toujours pas s'ils peuvent être utilisés pour améliorer d'autres tâches d'une telle batterie quantique hypothétique, ainsi, l'enquête sur les batteries quantiques en est encore à ses balbutiements."

La récente étude menée par Rossini, Andolina et leurs collègues offrent des preuves numériques solides faisant allusion à l'avantage d'appliquer des forces de mécanique quantique dans les batteries, ce qui est rendu possible par une dynamique quantique sous-jacente hautement intriquée. À l'avenir, cela pourrait ouvrir la voie au développement de davantage de batteries pouvant être chargées plus rapidement.

"Un complément intéressant possible à notre travail serait d'appliquer les mêmes concepts aux moteurs thermiques, " dit Rossini. " Depuis le XVIIIe siècle, on sait que le rendement d'un moteur thermique ne peut excéder une valeur universelle connue sous le nom de borne de Carnot. Par conséquent, il est clair que les ressources de la mécanique quantique ne peuvent pas être utilisées pour améliorer l'efficacité. Cependant, aucune limite universelle n'existe concernant le pouvoir, et nous prévoyons d'étudier un moteur thermique basé sur SYK pour approfondir ce problème."

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