O modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), um modelo exatamente solucionável desenvolvido por Subir Sachdev e Jinwu Ye, recentemente provou ser útil para compreender as características de diferentes tipos de matéria. Uma vez que descreve a matéria quântica sem quasipartículas e é simultaneamente uma versão holográfica de um buraco negro quântico, ele foi até agora adotado tanto pela matéria condensada quanto pelos físicos de alta energia.

Pesquisadores da Universidade de Pisa e do Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) usaram recentemente o modelo SYK para examinar os protocolos de carregamento de baterias quânticas. Seu papel, publicado em Cartas de revisão física , oferece evidências do potencial dos recursos da mecânica quântica para impulsionar o processo de carregamento de baterias.

"Estudos teóricos anteriores estabeleceram a ideia de que o emaranhamento pode ser usado para acelerar muito o processo de carregamento de uma bateria quântica, “Davide Rossini e Gian Marcello Andolina, dois dos pesquisadores que realizaram o estudo, disse ao Phys.org, via email. "Contudo, faltava um modelo concreto de estado sólido exibindo um carregamento tão rápido, até agora."

Rossini, Andolina e seus colegas perceberam que o modelo SYK é um bom candidato para examinar o processo de carregamento rápido de baterias quânticas, como é conhecido por gerar dinâmicas altamente emaranhadas. Os muitos corpos do modelo, as dinâmicas em tempo real são, em última análise, suficientemente complexas para superar as abordagens analíticas padrão.

"Para nossos propósitos, achamos conveniente empregar um tratamento numérico baseado na diagonalização exata de matrizes enormes, "Rossini e Andolina explicaram." Assim, realizamos extensas simulações numéricas, exigindo até 100 Gb de memória e cerca de duas semanas de tempo computacional, em um cluster de computação de alto desempenho para fins científicos. "

O modelo usado pelos pesquisadores é o primeiro a delinear claramente uma vantagem quântica na velocidade de carregamento das baterias quânticas. Embora este modelo seja particularmente difícil de usar em ambientes de laboratório, o trabalho recente de Rossini, Andolina e seus colegas foram um primeiro e importante passo para a coleta de provas experimentais dessa vantagem quântica.

"Uma bateria é uma máquina bastante complicada, qual gostaria de cobrar rapidamente, que deve armazenar energia por um longo tempo e, finalmente, fornecer um trabalho útil, "Rossini e Andolina disseram." Embora tenhamos provado que os recursos da mecânica quântica podem impulsionar o processo de carregamento, ainda não está claro se eles podem ser usados ​​para melhorar outras tarefas de tal bateria quântica hipotética, portanto, a investigação das baterias quânticas ainda está em sua infância. "

O recente estudo realizado por Rossini, Andolina e seus colegas oferecem fortes evidências numéricas que sugerem a vantagem da aplicação de forças quânticas em baterias, que é possibilitado por uma dinâmica quântica altamente emaranhada subjacente. No futuro, pode abrir caminho para o desenvolvimento de mais baterias que podem ser carregadas mais rapidamente.

“Uma possível adição interessante ao nosso trabalho seria aplicar os mesmos conceitos aos motores térmicos, "Rossini disse." Desde o século 18, sabe-se que a eficiência de um motor térmico não pode exceder um valor universal conhecido como limite de Carnot. Portanto, é claro que os recursos da mecânica quântica não podem ser usados ​​para melhorar a eficiência. Contudo, nenhum limite universal existe em relação ao poder, e planejamos estudar um motor térmico baseado em SYK para investigar mais a fundo esse problema. "

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