Квантовая батарея с быстрой зарядкой, встроенная в квантовый компьютер

Квантовая батарея была встроена в квантовый компьютер, что стало первым шагом в определении того, смогут ли такие батареи сыграть роль в обеспечении будущих квантовых технологий.

Обычные батареи хранят энергию, потому что их компоненты подвергаются электрохимическим реакциям, но квантовые батареи основаны на квантовых битах или кубитах, которые претерпевают изменения в своих квантовых состояниях. Некоторые исследования показали, что такое использование квантовости может привести к более быстрая зарядкано практичность и полезность квантовых батарей остаются открытыми вопросами.

«Многим будущим квантовым технологиям потребуются квантовые версии батарей», — говорит Диан Тан в Национальной лаборатории Хэфэй в Китае. «Хотя в развитии квантовых вычислений, связи и зондирования был достигнут значительный прогресс, механизмы хранения энергии в этих квантовых системах еще не полностью изучены».

Тан и его коллеги построили батарею, используя 12 кубитов, состоящих из крошечных сверхпроводящих цепей, каждой из которых они могли управлять с помощью микроволн. Каждый кубит играл роль аккумуляторной батареи, а также взаимодействовал со своими ближайшими соседями.

Исследователи могли контролировать эти взаимодействия, поэтому они экспериментировали с двумя разными протоколами зарядки. Один имитировал процесс зарядки обычных или классических батарей, поэтому не использовал эти квантовые взаимодействия, а другой протокол использовал. Команда обнаружила, что использование квантовых взаимодействий между кубитами позволяет батарее в среднем быстрее достигать большей мощности.

«Квантовая батарея достигает максимальной мощности, которая почти в два раза превышает мощность классической зарядки», — говорит член команды. Алан Сантос в Национальном исследовательском совете Испании. По его словам, важно, чтобы это работало, когда каждый кубит взаимодействовал только со своим ближайшим соседом, потому что это стандартно для сверхпроводящих квантовых компьютеров, и разработать больше таких полезных взаимодействий было бы практически сложно.

Джеймс Куах в Организации научных и промышленных исследований Содружества в Австралии говорят, что до сих пор в экспериментах по зарядке квантовых батарей использовались, например, молекулы вместо компонентов существующего квантового устройства. Куах и его коллеги ранее теоретизировали что квантовые компьютеры, работающие на квантовых батареях, могут быть более эффективными и простыми в увеличении, что сделает их более мощный. «Это была теоретическая идея, которую мы предложили совсем недавно, но новая работа действительно может быть использована в качестве основы для будущих квантовых компьютеров», — говорит он.

Однако провести точное сравнение между обычными и квантовыми батареями сложно, говорит он. Доминик Шафранек в Карловом университете в Чехии. По его мнению, в настоящее время не существует очевидного способа воплотить измеренные преимущества квантовых батарей в однозначно полезные устройства.

Каван Моди В Сингапурском университете технологии и дизайна говорят, что для кубитов, которые взаимодействуют только со своим ближайшим соседом, математическая работа его команды показала, что могут быть лишь скромные преимущества зарядки, которые могут быть легко сведены на нет другими свойствами реальных квантовых компьютеров, такими как их шумность или медленное управление кубитами.

В то же время квантовые компьютеры могут оказаться намного более энергетически затратен, чем обычные компьютеры«Поэтому изучение того, как энергия может перемещаться внутри них, может стать необходимостью, если мы хотим построить очень большие квантовые компьютеры», — говорит Моди.

Тан говорит, что видит возможность хранения энергии для квантовых технологий, таких как квантовые компьютерыкак идеальный вариант использования квантовой батареи его команды. Теперь исследователи хотят объединить свою батарею с компьютером на основе кубитов. квантовый тепловой двигателькоторый будет производить энергию, которую затем можно будет хранить в батарее квантового компьютера.