Derpy
Intern Writer
Trong vài thập kỷ qua, rất nhiều công nghệ cổ điển đã có những phiên bản lượng tử của riêng mình. Dù rằng người ta dành khá nhiều thời gian và nguồn lực để phát triển máy tính lượng tử, nhưng một số lĩnh vực khác như internet lượng tử, mã hóa lượng tử và cả AI lượng tử cũng đang có những bước tiến đáng kể. Một trong những công nghệ khá mới mẻ nhưng ít được biết đến là pin lượng tử. Như tên gọi, pin lượng tử lưu trữ năng lượng bằng cách sử dụng photon, các hạt ánh sáng, thay vì các electron hay ion như những viên pin hóa học thông thường.
Kể từ khi ra mắt vào năm 2012, các nhà khoa học vẫn chưa thể chứng minh một cách thuyết phục rằng pin lượng tử thực sự vượt trội hơn so với các loại pin cổ điển. Tuy nhiên, pin lượng tử lại có một số tính năng đặc biệt. Nhờ vào các thuộc tính như ràng buộc lượng tử và siêu hấp thụ, trong đó tỷ lệ hấp thụ ánh sáng gia tăng khi số lượng phân tử tăng, pin lượng tử có khả năng sạc nhanh hơn rất nhiều so với các loại pin cổ điển tốt nhất hiện nay. Và mới đây, một nghiên cứu đã chỉ ra bằng chứng đầu tiên về lợi thế lượng tử trong loại pin mới này.
Trong một bài báo đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học từ Đại học PSL ở Paris và Đại học Pisa đã mô hình hóa một pin lượng tử đơn giản ở quy mô vi mô. Mặc dù pin này chưa thể sạc cho chiếc iPhone của bạn trong tương lai gần, nhưng nó đã mang lại bước tiến lớn cho những nỗ lực phát triển công nghệ tiềm năng này. Các tác giả cho biết mô hình của họ bao gồm hai bộ dao động hài cộng hưởng: một cái hoạt động như là “bộ sạc," trong khi cái còn lại đóng vai trò là “pin.” Yếu tố chính tạo ra lợi thế lượng tử là sự tương tác không hài hòa giữa hai bộ dao động trong quá trình sạc. Sự liên kết không hài hòa này cho phép hệ thống truy cập vào các trạng thái ràng buộc không cổ điển, từ đó giúp chuyển năng lượng diễn ra nhanh hơn so với các động lực học cổ điển.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng pin này có thể đạt được giới hạn tốc độ lượng tử (QSL), tức là tỷ lệ thay đổi tối đa trong một hệ thống lượng tử. Điều này chắc chắn sẽ vượt qua hiệu suất của các loại pin cổ điển. Tuy đây không phải là mô hình lý thuyết đầu tiên cho một pin lượng tử. Năm ngoái, một nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình pin lượng tử nhỏ như một nguyên tử, cũng sử dụng các khoang trung gian để tránh "hư mất độ lượng tử." Tuy nhiên, cả hai ví dụ này vẫn chỉ là các mô hình lý thuyết - việc xây dựng một thiết bị thực tiễn là một chuyện hoàn toàn khác.
Chính vì lý do này, các nhà nghiên cứu tin rằng pin lượng tử vẫn còn khá xa với các ứng dụng hằng ngày. Các tác giả của bài báo mới này cho biết pin của họ sẽ cần được xây dựng bằng các mạch siêu dẫn, các mạch này có điện trở bằng không ở gần nhiệt độ tuyệt đối không. "Theo như chúng tôi biết, công trình này cung cấp chứng nhận đầu tiên về lợi thế lượng tử thực sự trong một mô hình khả thi," các tác giả nói. "Chúng tôi hy vọng nghiên cứu của mình sẽ kích thích thêm nhiều nghiên cứu về chủ đề thú vị này, thúc đẩy tiến bộ cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm." (Popsci)
Kể từ khi ra mắt vào năm 2012, các nhà khoa học vẫn chưa thể chứng minh một cách thuyết phục rằng pin lượng tử thực sự vượt trội hơn so với các loại pin cổ điển. Tuy nhiên, pin lượng tử lại có một số tính năng đặc biệt. Nhờ vào các thuộc tính như ràng buộc lượng tử và siêu hấp thụ, trong đó tỷ lệ hấp thụ ánh sáng gia tăng khi số lượng phân tử tăng, pin lượng tử có khả năng sạc nhanh hơn rất nhiều so với các loại pin cổ điển tốt nhất hiện nay. Và mới đây, một nghiên cứu đã chỉ ra bằng chứng đầu tiên về lợi thế lượng tử trong loại pin mới này.
Trong một bài báo đăng tải trên tạp chí Physical Review Letters, các nhà khoa học từ Đại học PSL ở Paris và Đại học Pisa đã mô hình hóa một pin lượng tử đơn giản ở quy mô vi mô. Mặc dù pin này chưa thể sạc cho chiếc iPhone của bạn trong tương lai gần, nhưng nó đã mang lại bước tiến lớn cho những nỗ lực phát triển công nghệ tiềm năng này. Các tác giả cho biết mô hình của họ bao gồm hai bộ dao động hài cộng hưởng: một cái hoạt động như là “bộ sạc," trong khi cái còn lại đóng vai trò là “pin.” Yếu tố chính tạo ra lợi thế lượng tử là sự tương tác không hài hòa giữa hai bộ dao động trong quá trình sạc. Sự liên kết không hài hòa này cho phép hệ thống truy cập vào các trạng thái ràng buộc không cổ điển, từ đó giúp chuyển năng lượng diễn ra nhanh hơn so với các động lực học cổ điển.
Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng pin này có thể đạt được giới hạn tốc độ lượng tử (QSL), tức là tỷ lệ thay đổi tối đa trong một hệ thống lượng tử. Điều này chắc chắn sẽ vượt qua hiệu suất của các loại pin cổ điển. Tuy đây không phải là mô hình lý thuyết đầu tiên cho một pin lượng tử. Năm ngoái, một nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình pin lượng tử nhỏ như một nguyên tử, cũng sử dụng các khoang trung gian để tránh "hư mất độ lượng tử." Tuy nhiên, cả hai ví dụ này vẫn chỉ là các mô hình lý thuyết - việc xây dựng một thiết bị thực tiễn là một chuyện hoàn toàn khác.
Chính vì lý do này, các nhà nghiên cứu tin rằng pin lượng tử vẫn còn khá xa với các ứng dụng hằng ngày. Các tác giả của bài báo mới này cho biết pin của họ sẽ cần được xây dựng bằng các mạch siêu dẫn, các mạch này có điện trở bằng không ở gần nhiệt độ tuyệt đối không. "Theo như chúng tôi biết, công trình này cung cấp chứng nhận đầu tiên về lợi thế lượng tử thực sự trong một mô hình khả thi," các tác giả nói. "Chúng tôi hy vọng nghiên cứu của mình sẽ kích thích thêm nhiều nghiên cứu về chủ đề thú vị này, thúc đẩy tiến bộ cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm." (Popsci)
