İnqrid Fadelli tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

---

Sistemdə 12 element aktivləşdirilərək, 16 kubitlik qəfəsdə kodlanmış kvant batareyasının təsviri. Müəlliflər: Mingze Liu və Dian Tan.

Son onilliklər ərzində enerji mühəndisləri daha çox enerji saxlaya, daha sürətli doldurula və performanslarını daha uzun müddət saxlaya bilən getdikcə daha inkişaf etmiş batareya texnologiyaları inkişaf etdiriblər. Son illərdə bəzi tədqiqatçılar kvant mexaniki effektlərindən istifadə edərək enerji saxlaya bilən cihazlar olan kvant batareyalarının potensialını da araşdırmağa başlayıblar.

Enerjini saxlamaq üçün kvant batareyaları, superpozisiya kimi tanınan bir xüsusiyyətdən istifadə edərək eyni anda iki enerji vəziyyətində mövcud ola bilən kvant sistemləri olan kubitlərə əsaslanır. Prinsipcə, bu batareyalar klassik batareyalardan daha yaxşı işləyə bilsə də, bu proqnozlaşdırılan kvant üstünlüyünü nümayiş etdirən batareya prototiplərinin reallaşdırılması çətin olub.

Çindəki Cənub Universiteti və Texnologiya Universitetinin (Sustech) və İspaniyadakı Elmi Tədqiqatlar üzrə Ali Şuranın (CSIC) tədqiqatçıları bu yaxınlarda real şəraitdə işləyərkən klassik ekvivalentindən daha yaxşı performans göstərən kvant enerjisi saxlama cihazı kəşf etdilər.

“Physical Review Letters” jurnalında dərc olunmuş məqalədə bildirilən bu diqqətəlayiq nailiyyət, real həyatda tətbiq oluna bilən kvant batareyalarının eksperimental reallaşdırılması üçün yeni yollar aça bilər.

“Bu məqalə, tədqiqat qruplarımızın, CSIC (İspaniya) nəzəriyyə qrupunun və Sustech (Çin) eksperimental qrupunun kvant batareyalarının eksperimental mümkünlüyünü araşdırmaq səylərinin bir-birini tamamlamasından irəli gəlir”, – məqalənin həmmüəllifi Alan C. Santos Phys.org-a bildirib.

“Bu tədqiqat əvvəlcə professorlar Dian Tan və Çanq-Kanq Hu tərəfindən təklif olunmuşdu və onlar “İfrat keçirici cihazlarda kvant batareyasını necə qura bilərik?” sualını irəli sürmüşdülər. Bu sual məni də çox narahat etdi, çünki bir çox əsərlər laboratoriyada çoxaltmaq çox çətin olan nəzəri modellərdən istifadə edərək kvant doldurulmasının gücünü nümayiş etdirdi.”

Kvant batareyasının üstünlüyünü nümayiş etdirmək üçün səy

Əvvəlki işlərinə əsaslanaraq, CSIC-dən Santos və Sustech-dəki əməkdaşları kvant batareyalarının klassik analoqlarından daha sürətli doldurula biləcəyini göstərməyə başladılar. Onların planı bu kvant doldurma üstünlüyünü real cihazda və kvant batareyalarının laboratoriyadan kənarda yerləşdiriləcəyi təqdirdə işləyəcəyi şərtlərə bənzər şəraitdə nümayiş etdirmək idi.

“Məqaləmiz kvant texnologiyalarında enerji saxlamasının az araşdırılmış aspektinə toxunmaq ehtiyacından irəli gəldi”, – məqalənin həmmüəllifi Dian Tan izah etdi.

“Məqaləmizin açılış cümləsində vurğuladığımız kimi, ‘Kvant hesablama, rabitə və sensor kimi sahələrdə əhəmiyyətli irəliləyişlər əldə edilsə də, kvant sistemləri üçün enerji saxlama həlləri tam hazırlanmayıb. Kvant cihazları daha mürəkkəbləşdikcə, səmərəli və miqyaslana bilən enerji saxlama mexanizmlərinə tələbat artır və bu da kvant batareyalarının potensial həll yolu kimi araşdırılmasına səbəb oldu.'”

Nəzəri tədqiqatlar bir müddətdir ki, eyni enerji məhdudiyyətləri altında yerləşdirildikdə kvant batareyalarının klassik batareyalardan daha yaxşı nəticə göstərə biləcəyini proqnozlaşdırır. Lakin onların kvant üstünlüyünə dair aydın eksperimental dəlillər azdır və tədqiqatçılar ədəbiyyatdakı bu boşluğu doldurmaq üçün çalışırlar.

Tan bildirib ki, “Enerji saxlama qabiliyyətini artırmaq kvant hesablamasının, kvant rabitəsinin və kvant sensor texnologiyalarının gələcəyi üçün çox vacib olacaq”.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

“Bundan əlavə, kvant batareyalarının öyrənilməsi, dolaşıqlıq, koherentlik və çoxcisimli dinamika kimi kvant resurslarının enerji proseslərində necə istifadə edilə biləcəyinə dair əhəmiyyətli bir fikir təqdim edir. Kvant termodinamikası ilə enerji saxlama arasındakı bu əlaqə gələcək kvant cihazlarını gücləndirmək üçün yeni və maraqlı imkanlar açır və həm praktik, həm də nəzəri əhəmiyyətə malik bir tədqiqat sahəsidir.”

Bu yaxınlarda aparılan tədqiqatın əsas məqsədi kvant doldurma üstünlüyü nümayiş etdirən batareyaları reallaşdırmaq üçün uyğun və miqyaslı bir yanaşma təqdim etmək idi. Onların təklif etdiyi batareya dizaynı , müxtəlif kvant texnologiyalarının inkişafı üçün perspektivli olduğunu sübut edən bir növ qubit olan superkeçirici kubitlərə əsaslanır .

Tan bildirib ki, “Kvant batareyaları ilə bağlı əvvəlki nəzəri tədqiqatların əksəriyyətindən fərqli olaraq, onlar qlobal və ya hamıya qarşılıqlı təsirlərə malik modellərə yönəlib – güclü kollektiv şarj üstünlükləri təmin etdiyi bilinir – işimiz daha eksperimental olaraq mümkün olan lokal qarşılıqlı təsirlərə malik sistemlərə yönəlib”.

“Qlobal qarşılıqlı təsirləri real dünya kvant sistemlərində tam idarə etmək çətin olduğundan, bu cür sistemlərdə kvant doldurma üstünlüyünə nail olmaq çətin olub. Bizim yanaşmamız bu eksperimental məhdudiyyətləri aradan qaldırmağı və daha miqyaslı, idarəolunan kvant sistemində kvant doldurma üstünlüyünü nümayiş etdirməyi hədəfləyirdi.”

Klassik batareyalardan daha yaxşı performans göstərən bərk vəziyyətdə olan kvant batareyaları

Kvant batareyalarını klassik ekvivalenti ilə müqayisə etmək üçün tədqiqatçılar sonuncunun da kvant sistemi olduğunu, lakin heç bir kollektiv dinamika nümayiş etdirmədiyini fərz etdilər. Çünki məhz kollektiv dinamika dolaşıqlıq yaradır, uzaq hissəciklər (bu halda kubitlər) arasında əlaqə yaradır və onların vahid bir vəziyyəti paylaşmasına imkan verir.

Santos bildirib ki, “Təcrübələrimizdə kvant doldurmasında qarşılıqlı təsirləri aktivləşdiririk. Burada əsas məqam enerji məhdudiyyəti tətbiq etməyimizdir. Hər iki batareya doldurma prosesi zamanı eyni enerji sərf etməlidir, əks halda kvant doldurmasının enerji dəyəri klassik analoqdan yüksək ola bilməz.”

Əgər bu şərtlər altında kvant batareyası klassik analoqundan daha yaxşı işləyirsə, daha sürətli və daha səmərəli şəkildə doldurulursa, kvant üstünlüyü nümayiş etdirir. Santos, Tan və həmkarları tərəfindən hazırlanmış superkeçirici əsaslı batareyanın həm nəzəri hesablamalarda, həm də təcrübələrdə bu üstünlüyü nümayiş etdirdiyi aşkar edilmişdir.

Santos bildirib ki, “Superkeçirici cihazın həlledici rolu, digər platformalarda asanlıqla edilə bilməyən süni atomlar arasında bəzi qarşılıqlı təsirlər yaratmaq üçün yüksək elastikliyidir. Nəzəriyyənin proqnozlaşdırdığı qeyri-ənənəvi atom-atom qarşılıqlı təsiri səbəbindən kvant doldurma üstünlüyünə nail olmaq üçün superkeçirici cihazlar ən perspektivli eksperimental qurğu idi.”

Tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, tədqiqatçılar kvant batareyalarını superkeçirici kubit prosessoruna əsaslanan klassik batareya ilə müqayisə etdilər. Kvant batareyasındakı vahidlər (yəni kubitlər) bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərsə də, klassik batareyadakılar təcrid olunmuş və qarşılıqlı təsir göstərməmişdir.

Tan izah etdi: “Həmçinin, hər iki batareyanın doldurma prosesi zamanı eyni miqdarda enerji istifadə etdiyinə əmin olduq, beləliklə, kvant batareyası klassik batareyadan daha çox enerji istehlak etmədi. Bu enerji məhdudiyyətləri altında, bölmələri arasındakı qarşılıqlı təsirlər sayəsində kvant batareyasının doldurma gücü baxımından daha yaxşı işlədiyini göstəririk.”

Santos, Tan və həmkarları, oxşar dizayna malik klassik batareyadan açıq şəkildə üstünlüyü nümayiş etdirən kvant batareyasını uğurla həyata keçirən ilk insanlardandır. Yeni hazırlanmış batareya tezliklə digər oxşar batareya dizaynlarına ilham verə bilər.

Santos bildirib ki, “Kvant batareyaları ilə bağlı ədəbiyyatda yaxşı üstünlüklər göstərən bir neçə nəzəri təklif var, lakin modellərin tələbləri eksperimental olaraq mümkün deyil və ya heç olmasa mövcud texnologiya ilə mümkün deyil”.

“Bunu başa düşmək asandır, çünki bütün bu təkliflər kvant batareyasının maksimum performansına yönəlmişdi. Strategiyamız bir az fərqli idi: mövcud texniki ssenarini nəzərə alsaq, kvant doldurma üstünlüyünə necə nail ola bilərik?”

Kvant batareyalarının praktik tətbiqinə doğru

Tədqiqatçıların tapıntıları ümidverici olsa da, kvant batareyalarının praktik tətbiqləri hələ dəqiq müəyyən edilməmişdir. Bu alternativ batareya dizaynlarının real dünya mühitinə daxil olmasından əvvəl geniş tədqiqatlara ehtiyac olacaq.

Santos, Tan və həmkarları tərəfindən təqdim edilən batareya dizaynının əsas üstünlüyü onun miqyaslandırıla bilməsidir. Əslində, sadəcə batareya elementlərinin sayını artırmaq daha çox enerji saxlaya bilən daha güclü cihazların reallaşdırılmasına imkan verə bilər.

Tan bildirib ki, “Kvant batareyaları ilə bağlı əvvəlki tədqiqatların əksəriyyəti güclü kollektiv şarj üstünlükləri təmin etdiyi bilinən qlobal və ya hamıya qarşılıqlı təsirlərə malik modellərə yönəlib”.

“Lakin, bu cür qlobal qarşılıqlı təsirləri, adətən yerli və ya ən yaxın qonşu olan və diqqətlə hazırlanmalı olan superkeçirici kubit sistemləri də daxil olmaqla, miqyaslana bilən bərk cisimli platformalarda tətbiq etmək olduqca çətindir.”

“Məqaləmizdə, ən yaxın qonşu muftaları və standart mikrodalğalı idarəetmə texnikaları ilə uyğun olan yeni Hamilton arxitekturasını təklif etməklə və eksperimental olaraq tətbiq etməklə bu boşluğu aradan qaldırırıq.”

Beləliklə, komandanın dizaynına əsaslanan çoxhüceyrəli kvant batareyası yalnız prinsipcə miqyaslana bilən deyil, həm də superkeçirici kvant prosessorundan istifadə etməklə asanlıqla həyata keçirilə bilər. Tədqiqatçılar artıq öz təcrübələrində bu çoxhüceyrəli dizaynın potensialını nümayiş etdiriblər.

Tan dedi: “Bildiyimiz qədəri ilə, təcrübəmiz bu günə qədər tam idarə oluna bilən superkeçirici platformada həyata keçirilən ən böyük və ən uyğun aparatla uyğun çoxhüceyrəli kvant batareyası tətbiqlərindən birini təmsil edir”.

“Bu, miqyaslı kvant enerjisinin saxlanması istiqamətində mühüm bir addım qoyur və gələcək kvant texnologiyaları üçün yanaşmamızın aktuallığını vurğulayır.”

Gələcəkdə komandanın kvant batareyası digər komponentlərlə inteqrasiya oluna və kvant kompüterlərini və ya digər kvant texnologiyalarını enerji ilə təmin etmək üçün istifadə edilə bilər. Məsələn, kvant mexanikasının qanunlarından istifadə edərək istiliyi faydalı işə çevirən cihazlar olan kvant istilik mühərrikləri tərəfindən istehsal olunan enerjini saxlamaq üçün istifadə edilə bilər.

Tan izah etdi ki, “İdarə olunan enerji yeridilməsini tələb edən istənilən kvant platforması – məsələn, superkeçirici kvant prosessorları, kvant sensorları və ya kvant simulyatorları – kvant batareyasından faydalana bilər”.

“Klassik enerji mənbələrindən fərqli olaraq, kvant batareyası kollektiv şəkildə doldurula və kvant korrelyasiyalarından faydalanaraq enerjini kvant miqyasında daha səmərəli enerji ötürülməsinə imkan verən şəkildə çatdıra bilər. Xüsusilə təbii bir tətbiq kvant termodinamikasında ortaya çıxır.”

“Kvant istilik mühərrikləri tərəfindən istehsal edilən iş kvant batareyalarında saxlanıla və daha sonra digər kvant əməliyyatlarını və ya cihazlarını işlətmək üçün istifadə edilə bilər və bununla da kvant enerjisinin istehsalı və istehlakı arasındakı dövrəni bağlaya bilər.”

Kvant batareyalarının inkişafı üçün növbəti addımlar

Santos, Tan və həmkarlarının son işi yüksək performanslı və miqyaslana bilən kvant batareyalarının inkişafı yolunda mühüm bir mərhələ ola bilər.

Tan bildirib ki, “Gələcəkdə kvant batareyaları kvant prosessorlarının, kvant istilik mühərriklərinin və kvant batareyalarının birlikdə işlədiyi inteqrasiya olunmuş kvant arxitekturalarında əsas tikinti blokuna çevrilə bilər. İşimiz mövcud ifrat keçirici kvant aparatları ilə uyğun olan miqyaslı və eksperimental olaraq mümkün olan kvant batareyasını nümayiş etdirməklə bu istiqamətdə mühüm addım atır.”

İndiyə qədər tədqiqatçılar kvant batareyalarını qiymətləndirmək üçün istifadə etdikləri nəzəri modeli termodinamik rejimə qədər genişləndirə bilməyiblər. Beləliklə, növbəti tədqiqatlarında bu məqsədə doğru işləməyi planlaşdırırlar.

Santos bildirib ki, “Termodinamik rejim fundamental əhəmiyyət kəsb edir, çünki real dünya tətbiqləri üçün faydalı olan hər hansı əhəmiyyətli miqdarda enerji sistemimizdə saxlaya bildiyimizdən daha çox enerji tələb edir”.

“Rəqəmlərlə ifadə etsək, 1 coul saxlanılan enerji real dünyada demək olar ki, heç nə deyil. Lakin bu enerjini superkeçirici cihazımızdan istifadə edərək saxlamaq üçün kvant hüceyrələri kimi işləyən daha çox sayda atoma ehtiyacımız var – sürətli və dəqiq olmayan bir qiymətləndirmə artıq bu coul enerjini saxlamaq üçün yüz milyardlarla milyard atoma ehtiyacımız olduğunu göstərir.”

Gələcək tədqiqatlarının bir hissəsi olaraq, Santos, Tan və əməkdaşları kvant batareyaları üçün real tətbiqləri araşdırmağı və onun müxtəlif şəraitlərdə performansını sınaqdan keçirməyi də planlaşdırırlar. Ən əsası, onlar batareyalarını eyni superkeçirici platformaya əsaslanan yüksək səmərəli kvant istilik mühərriki ilə birləşdirməyi planlaşdırırlar.

Tan dedi: “Bu, bizə kvant batareyasının ən cəlbedici istifadə hallarından birini birbaşa nümayiş etdirməyə imkan verəcək: kvant istilik mühərriki tərəfindən istehsal olunan işi saxlamaq və sonradan digər kvant əməliyyatlarını gücləndirmək üçün istifadə etmək”.

“Belə bir təcrübə, prinsipin sübutu ilə doldurma üstünlüyündən kənara çıxaraq, kvant enerjisinin generasiyasını, saxlanmasını və istifadəsini birləşdirən qapalı dövrəli kvant enerjisi dövrü həyata keçirərdi.”

Tədqiqatçılar hazırda həmçinin müəyyən tezliklərdə titrəyən mexaniki rezonatorlara, komponentlərə qoşulmuş superkeçirici kubitlərə əsaslanan hibrid sistemlərin inkişaf potensialını araşdırırlar . Bu kontekstdə onlar xüsusilə kvant batareyalarının fononlarla (yəni materiallarda kvantlaşdırılmış titrəmə vahidləri) inteqrasiyasını araşdırmaq istəyirlər.

Tan əlavə edib ki, “Bu ssenaridə kvant batareyası vibrasiyalı kvant vəziyyətlərini idarə edən və idarə edən, saxlanılan kvant enerjisini effektiv şəkildə koherent mexaniki hərəkətə çevirən enerji mənbəyi kimi xidmət edəcək”.

“Bu, müxtəlif fiziki sərbəstlik dərəcələri arasında enerji ötürülməsini öyrənmək və kvant batareyalarını hibrid kvant arxitekturalarında aktiv elementlər kimi araşdırmaq üçün imkanlar açır. Birlikdə, bu istiqamətlər kvant batareyalarını fundamental konsepsiyadan real kvant cihazlarında funksional komponentlərə doğru hərəkət etdirir və biz onları kvant enerjisi infrastrukturuna doğru vacib addımlar kimi görürük.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Egan tərəfindən faktlar yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmişdir — bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu reportaj sizin üçün vacibdirsə, xahiş edirik ianə etməyi düşünün (xüsusilə aylıq). Təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Nəşr detalları

Chang-Kang Hu və digərləri, Superkeçirici Bərk Vəziyyətli Batareyalarda Kvant Doldurma Üstünlüyü, Fiziki İcmal Məktubları (2026). DOI: 10.1103/sp5l-c6m8 . ArXiv -də : DOI: 10.48550/arxiv.2602.08610

Jurnal məlumatları: Fiziki İcmal Məktubları , arXiv  

Əsas anlayışlar

Enerji saxlamaKvant korrelyasiyaları, təməlləri və formalizmKvant statistik mexanikasıİstilik mühərrikləriKvant çoxcisimli sistemlərÇox bədənli texnikalar

© 2026 Science X Network