Kvanttiakkujen mahdollisimman suuri vakaus ja latausteho voidaan sovittaa yhteen akun lataustapojen avulla, osoittaa Oulun yliopiston ja VTT:n tutkimus.
PRX Quantum -lehden julkaisema tutkimus on tärkeä askel kohti kvanttienergian varastointilaitteiden kehittämistä.
Suomalaistutkijat määrittivät tutkimuksessaan rajat kvanttiakun energiasisällön ja sen luovutusnopeuden vaihteluille.
”Ihannetapauksessa kvanttiakun pitäisi olla nopea ja tehokas ja myös latautua tai luovuttaa energiaa luotettavasti ja vakaasti”, sanoo tutkijatohtori Brij Mohan Oulun yliopistosta.
Tutkijat kuitenkin osoittivat, että kvanttimekaaninen epätarkkuusperiaate estää luovutetun energian ja tehon vaihtelujen yhtäaikaisen pienentämisen tiettyä rajaa pienemmäksi. Hyvin vakaata energiasisältöä ja tehoa ei siis voida saavuttaa samanaikaisesti.
Luotettavuus ja vakaus tarkoittavat, että vaihtelut pysyvät pieninä suhteessa energian ja tehon keskimääräisiin arvoihin.
Ristiriita syntyy siitä, että suljetuissa kvanttiakuissa energia ja teho kuvataan keskenään ei-kommutatiivisilla operaattoreilla. Tilanne muistuttaa paikan ja liikemäärän suhdetta kvanttimekaniikassa.
Tasapaino löydettävissä
Tehon kasvattamisen sekä energian ja tehon luotettavuuden välille on silti mahdollista löytää tasapaino.
”Keskipitkän kantaman vuorovaikutuksiin perustuva lataustapa tarjoaa hyödyllisen kompromissin suuren tehon ja vakaan toiminnan välillä”, kertoo VTT:n tutkija Tanmoy Pandit.
Tutkijat tarkastelivat myös kvanttiakkuja, joissa esiintyy poikittaisen Ising-mallin kaltaisia monen kappaleen vuorovaikutuksia.
He havaitsivat saman laadullisen ristiriidan tehon ja luotettavuuden välillä. Tämä osoittaa, ettei vaikutus rajoitu vain yksinkertaisimpaan teoreettiseen malliin.
Seuraavaksi tutkijat selvittävät luotettavuuden rajoja sisällyttämällä tarkasteluun muun muassa kohinan, energiahäviöt, avoimien kvanttijärjestelmien dynamiikan ja kokeellisesti merkitykselliset kvanttialustat.
Perustava ristiriita
Kvanttifysiikan epätarkkuusperiaate aiheuttaa kvanttiakuissa perustavan ristiriidan, joka rajoittaa niiden kykyä tuottaa samanaikaisesti vakaata tehoa ja energiaa.
Kvanttiakkujen tutkijat keskittyvät teoriaan ja pienillä kvanttijärjestelmillä tehtäviin mallinnuksiin. Aiemmissa tutkimuksissa on paneuduttu siihen, kuinka nopeasti ja suurella teholla kvanttiakkuja voidaan ladata.
Toisin kuin kemialliset akut kvanttiakut varastoivat ja siirtävät energiaa kvanttilaitteiden avulla. Akut toimivat tulevaisuudessa energialähteinä kvanttiprosessoreille ja muille kvanttiteknologioille.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
