Zamanın Kapılarını Açan Pilller: Kuantum Enerji Depolama Çözümleri Yolda.
Kuantum piller, zamanı oynayarak yeni bir enerji depolama türü sağlayabilir.
Tipik bir bataryada, yüklü iyonlar batarya şarj olurken diğer parçacıklardan oluşan bir deniz içinde bir yöne doğru hareket eder, ardından depolanan enerjiyi serbest bırakmak için diğer yöne geri dönerler.
İyonlar ileri geri gider, bazıları yol boyunca yön değiştirir, ta ki pilin kapasitesi tükenene ve herhangi bir işe yaramayacak kadar hızlı enerji kaybedene kadar.
Ancak fizikçiler, zamanı büken garip bir kuantum fenomeninden yararlanarak, kullanışlı taşınabilir cihazlarda enerji depolamanın yeni yollarını hayal ediyorlar.
Tokyo Üniversitesi’nde fizik yüksek lisans öğrencisi olan Yuanbo Chen, “Akıllı telefonlar veya sensörler gibi düşük güçlü cihazlar için mevcut piller, şarj depolamak için tipik olarak lityum gibi kimyasallar kullanırken, bir kuantum pil atom dizileri gibi mikroskobik parçacıklar kullanır” diyor.
Son çalışmalarında Chen, Çin Mühendislik Fiziği Akademisi’nin bir parçası olan Pekin Hesaplamalı Bilim Araştırma Merkezi’nden fizikçi Gaoyan Zhu ve meslektaşlarıyla birlikte eşzamanlı şarj aşamalarına olanak tanıyan ve böylece enerji depolama ve termal verimliliği artıran bir kuantum pil oluşturma fikrini test etti.
Chen, “Kimyasal piller klasik fizik yasaları tarafından yönetilirken, mikroskobik parçacıklar doğası gereği kuantumdur, bu nedenle onları kullanmanın küçük ölçeklerde neler olduğuna dair sezgisel kavramlarımızı büken ve hatta kıran yollarını keşfetme şansımız var” diyor.
Chen, Zhu ve meslektaşları bir kuantum pilin nasıl çalışabileceğini hayal eden ilk grup değil elbette, ancak fikirlerini aralıklı lazerler, lensler ve aynalarla dolu bir laboratuvar tezgahında deneysel olarak test ettiler.
2019 yılında Kanada merkezli araştırmacılardan oluşan bir ekip, şarjını asla kaybetmeyen bir kuantum pilin planını ortaya koydu. Henüz tamamen teorik olan fikirleri, farklı bir kuantum mekanizmasına dayanıyor: Kuantum bileşenlerini, malzemenin çevresiyle etkileşime giremeyeceği veya çevresine enerji kaybedemeyeceği bir ‘karanlık duruma’ çekmeyi içeren bir mekanizma.
Zhu ve meslektaşlarının yaklaşımı, kuantum hesaplama için yaygın olarak hatırlanan ve parçacıkların ölçüldükleri ana kadar olası durumların bir telaşında var olduğu süperpozisyon olarak bilinen bir kuantum fenomenini takip ediyor.
Araştırmacıların yakın zamanda gösterdiğine göre, bu olasılıkların üst üste binmesi zamanın doğal düzenini de bozuyor.
Klasik fizikte ve günlük yaşamda, olaylar yalnızca doğrusal bir şekilde veya sabit bir sırada meydana gelebilir. Sebep sonuçtan önce gelir ya da A olayı (bir düğmeye basmak) B olayından (ışık yanar) önce gelir.
Ancak kuantum aleminde bu doğrusal düzen bozulur ve süperpozisyon olayların aynı anda iki paralel yol boyunca gelişmesine izin verir. Bir bakıma bu durum zamanı karıştırır çünkü bir diğerini takip eden bir olay, daha önce gelmiş gibi olayın sonucunu da etkileyebilir, çünkü olayların her iki sıralaması da (A’nın B’den önce ve B’nin A’dan önce) aynı anda doğrudur.
Zhu ve meslektaşları, “Basitçe ifade etmek gerekirse, kuantum mekaniği yasalarının nedensel düzenlerin kuantum süperpozisyonuna izin verdiği bulunmuştur” diye açıklıyor.
Bunu enerji depolamaya uygulamak için araştırmacılar bu garip süreci bir kuantum anahtarı kullanarak gerçekleştirdiler, birkaç farklı şarj cihazı konfigürasyonunu test ettiler ve aynı anda iki şarj cihazından çekebilen bir sistem yarattılar.
Chen, “Kuantum parçacıklarından oluşan bir pili şarj etme şeklinizin performansını büyük ölçüde etkileyebileceğini gösterdik” diyor. “Hem sistemde depolanan enerjide hem de termal verimlilikte büyük artışlar gördük.”
Araştırmacılar makalelerinde, “Dahası, nispeten daha az güçlü bir şarj cihazının daha yüksek verimlilikte daha fazla enerji ile şarj edilmiş bir pili garanti ettiğine dair sezgisel bir etki ortaya koyuyoruz” diyor.
Bu kuantum ‘pil’ daha çok bir laboratuvar tezgahındaki lazerler ağına benzese de ve herhangi bir pratik uygulamadan yıllar uzakta olsa da, yine de altında yatan ilkelerin ve gelecekte nelerin mümkün olabileceğinin harika bir göstergesidir – eğer geçmişte zaten olmadıysa.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Zamanın Kapılarını Açan Pilller: Kuantum Enerji Depolama Çözümleri Yolda.
İnsan Beyni Gerçek ve Hayali Eylemlere Farklı Şekilde Hazırlanıyor