Энергия из ничего: ученые приручили кванты, чтобы создать идеальную батарею

Ученые из Университета Генуи создали уникальное устройство — спиновую квантовую батарею, которая накапливает энергию с помощью квантовых свойств частиц, называемых спинами. Аккумулятор обходится без внешних источников энергии для зарядки.

Проект вырос из исследований группы Мауры Сассетти, которая уже много лет занимается изучением квантовых систем. Один из участников команды, Дарьо Ферраро , рассказал, что их вдохновением стала магистерская диссертация его коллеги Риккардо Граци. Вместе ученые решили проверить, можно ли применить теоретические идеи на практике, создав устройство с гораздо большим количеством элементов, чем удавалось использовать раньше.

В батарею интегрированы две цепочки частиц с ½-спинами — минимально возможными квантовыми системами. Меняя их взаимодействие или смещая цепи относительно друг друга, ученые научились стабильно удерживать энергию внутри аккумулятора. Такой подход позволяет избежать потерь и делает устройство более надежным.

Самое важное в новой батарее — способ зарядки. Ученые смогли создать протокол, который работает без внешнего источника энергии. То есть зарядка происходит за счет регулировки одного из внутренних параметров устройства. Метод оказался не только эффективным, но и устойчивым к небольшим ошибкам, что делает его особенно удобным для реальных условий.

Перспективы разработки выглядят впечатляюще. Исследователи считают, что их технология может быть использована в системах с нейтральными атомами, которые играют ключевую роль в создании больших квантовых компьютеров за счет своей стабильности и способности обрабатывать сложные задачи.

На первых испытаниях батарея показала себя с лучшей стороны. Даже при неточной настройке зарядного протокола устройство продолжало работать стабильно. Это особенно важно для практического применения, где идеальных условий добиться сложно.

Сейчас команда сосредоточена на изучении того, как температура и дальнодействующие взаимодействия влияют на процесс зарядки. В качестве одной из тестируемых моделей выбрана цепь Изинга — популярная модель в квантовой физике.

Ферраро отметил, что цель работы — создать не просто батарею, а платформу, которая сможет анализировать различные квантовые системы и оценивать их пригодность для хранения энергии. Такой подход позволит в будущем разрабатывать еще более сложные устройства.