(Phys.org) —Os físicos têm mostrado teoricamente que, quando várias baterias em nanoescala são acopladas, eles podem ser carregados mais rápido do que se cada bateria fosse carregada individualmente. A melhoria surge de fenômenos quânticos coletivos e está enraizada no campo emergente da termodinâmica quântica - o estudo de como os efeitos quânticos influenciam as leis tradicionais que governam a energia e o trabalho.

Os pesquisadores, Francesco Campaioli et al., publicaram um artigo sobre o carregamento rápido de baterias em nanoescala em uma edição recente da Cartas de revisão física .

Embora muitas pesquisas tenham mostrado que os fenômenos quânticos fornecem vantagens em aplicações de processamento de informações, como computação e comunicação segura, houve muito poucas demonstrações de vantagens quânticas na termodinâmica. Em um estudo recente nesta área, pesquisadores mostraram que o emaranhamento quântico pode permitir que mais trabalho seja extraído de um dispositivo de armazenamento de energia em nanoescala, ou "bateria quântica, "do que seria possível sem emaranhamento.

No novo estudo, os pesquisadores se baseiam neste resultado para mostrar que os fenômenos quânticos também podem aumentar o poder de carga das baterias quânticas. Eles também descobriram que o processo não requer necessariamente emaranhamento, embora exija operações com potencial para gerar estados emaranhados.

"Nosso trabalho mostra como operações complicadas - isto é, interações entre dois ou mais corpos - são necessárias para obter uma vantagem quântica para o poder de carregamento de baterias de muitos corpos, considerando que o emaranhamento em si não constitui um recurso, "Campaioli, na Monash University na Austrália, contado Phys.org . "Além disso, mostramos que, para baterias acopladas localmente, a vantagem quântica varia com o número de baterias em interação. "

A vantagem quântica não é sem limites, Contudo, e os físicos derivam o limite superior de quão mais rápido uma coleção de baterias pode ser carregada com a ajuda de fenômenos quânticos. Eles mostram que, para baterias acopladas localmente, a vantagem quântica aumenta com o número de baterias em interação. Esses limites para a vantagem quântica são baseados em limites de velocidade quântica, que são usados, por exemplo, para estimar a velocidade máxima dos processos quânticos, como cálculos em um computador quântico. Aqui, o limite é para processos termodinâmicos.

Geral, os resultados podem levar a métodos de melhoria de processos de carregamento de energia em nanoescala futuros, bem como para uma melhor compreensão de como a teoria quântica e a termodinâmica estão relacionadas.

"Nosso resultado poderia ser usado para fornecer carga ideal para nanodispositivos que dependem de baterias que consistem em poucos sistemas quânticos, como qubits de carga, íons ou átomos, "Campaioli disse." Nosso plano para pesquisas futuras neste campo é fornecer um limite superior estreito para a vantagem que pode ser obtida por meio de interações entre um número finito de corpos. Além disso, gostaríamos de obter uma realização experimental da vantagem quântica acima mencionada. "

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