Международная группа исследователей из японского центра RIKEN и Университета науки и технологий Хуачжун представила теоретическую модель «топологической квантовой батареи». Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.
Учёные продемонстрировали, что квантовая батарея может использовать топологические свойства фотонных волноводов и поведение двухуровневых атомов для хранения и передачи энергии. Такой подход открывает перспективу создания устройств, которые заряжаются быстрее и обладают большей эффективностью по сравнению с традиционными химическими источниками питания.
Квантовые батареи основаны на принципах суперпозиции и квантовой запутанности, что позволяет им аккумулировать энергию на уровне элементарных частиц. Главным препятствием к их практическому применению остаются потери энергии и декогеренция — разрушение квантовых состояний при взаимодействии с внешней средой.
Авторы исследования предложили использовать топологические свойства материалов, устойчивые к внешним воздействиям и дефектам структуры. Это позволяет сохранять эффективность передачи энергии даже при изменении формы волноводов и снижает рассеивание фотонов.
Одним из неожиданных результатов стало наблюдение, что в некоторых условиях диссипация — процесс рассеивания энергии — может временно повышать мощность зарядки. Как отметил ведущий автор работы Чжи-Гуан Лу, открытие может стать основой для создания новых типов микроустройств хранения энергии.
Исследование открывает путь к практическому использованию квантовых батарей в наноразмерных системах, квантовой оптике и распределённых вычислительных технологиях будущего.
