Sự trao đổi năng lượng giữa pin lượng tử và bộ sạc lượng tử sẽ được truyền qua trung gian bởi trường điện từ liên tục mà không bị thất thoát trong quá trình sạc. Nó cho phép các thiết bị điện tử hiện thực hiện hóa pin lượng tử có thể sạc từ xa và chống lại việc pin có thể bị giảm tuổi thọ trong quá trình sử dụng.
Một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Lan Châu và Đại học Hồ Bắc đề xuất sơ đồ sạc pin lượng tử (QB) dựa trên ống dẫn sóng kim loại rỗng hình chữ nhật. Cách tiếp cận này cho phép họ khắc phục các hạn chế về khoảng cách sạc và mất kết hợp do môi trường gây ra. Những phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Nhu cầu và cung cấp pin tiếp tục tăng với trọng tâm là tăng cường khả năng lưu trữ năng lượng, tuổi thọ và khả năng sạc. Về mặt này, các nhà khoa học hiện đang phát triển pin lượng tử tận dụng các nguyên lý cơ học lượng tử để lưu trữ và cung cấp năng lượng.
Mục đích là sử dụng các nguyên lý cơ bản của cơ học lượng tử như sự vướng víu và sự kết hợp để vượt qua các hạn chế của vật lý cổ điển, từ đó đạt được công suất sạc mạnh hơn, khả năng sạc cao hơn và trích xuất công lớn hơn so với các đối tác cổ điển.
Nghiên cứu mới khám phá QB bằng cách đặt pin và bộ sạc vào ống dẫn sóng rỗng hình chữ nhật. Phương pháp này nhằm mục đích giảm thiểu tác động của sự mất kết hợp để đạt được hiệu suất QB lâu dài và hiệu quả.
Nói về động lực của nhóm trong việc khám phá pin lượng tử, tác giả chính của nghiên cứu, Giáo sư Jun-Hong An từ Đại học Lan Châu, Trung Quốc, đã nói: “Những thách thức về sự mất kết hợp gây ra sự mất năng lượng tự phát của QB, được gọi là sự lão hóa của QB.” “Thách thức khác đối với hiệu suất thực tế của QB là hiệu quả sạc thấp do sự tương tác mạch lạc giữa QB và bộ sạc của nó rất mong manh. Chúng tôi muốn vượt qua những thách thức này.”
Pin lượng tử và ống dẫn sóng Mô hình QB dựa trên hai hệ thống hai cấp (TLS), là những hệ thống có hai mức năng lượng riêng biệt. Các mức năng lượng này thường được biểu diễn dưới dạng trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích.
Một hệ thống là pin và hệ thống còn lại là bộ sạc. Quá trình sạc và trao đổi năng lượng giữa các TLS này đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống QB. TLS được tính phí bằng cách thiết lập khớp nối mạch lạc với các TLS khác hoặc các trường bên ngoài.
Trong bối cảnh QB, khớp nối mạch lạc là sự tương tác đồng bộ và tương quan giữa các hệ lượng tử này, cho phép truyền hoặc trao đổi năng lượng. Những tương tác mạch lạc này rất mong manh và gây ra sự mất mạch lạc trong các hệ thống này.
Giáo sư Jun-Hong giải thích: “Bất kỳ hệ lượng tử nào cũng không thể cách ly tuyệt đối với môi trường bên ngoài của nó, điều này chắc chắn gây ra sự mất kết hợp không mong muốn đối với hệ thống”.
Những mẫu này thực hiện sạc thông qua tương tác trực tiếp giữa bộ sạc-QB. Tuy nhiên, mối quan hệ này bị ảnh hưởng bởi khoảng cách giữa hai bên dẫn đến hiệu quả sạc giảm. Để khắc phục điều này và vấn đề mất điều hợp, các nhà nghiên cứu đã đưa ra các ống dẫn sóng rỗng hình chữ nhật.
Ống dẫn sóng là một cấu trúc dẫn sóng, điển hình là sóng điện từ, dọc theo một đường dẫn cụ thể. Nó hoạt động như một ống dẫn sóng, hạn chế và hướng chúng di chuyển một cách có kiểm soát.
