ક્વોન્ટમ બેટરી: તે શું છે, તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે અને તે શા માટે ઊર્જામાં ક્રાંતિ લાવી શકે છે

આ ક્વોન્ટમ બેટરી તેઓ ખૂબ જ ટૂંકા સમયમાં લગભગ વિજ્ઞાન કાલ્પનિક વિચારથી વાસ્તવિક પ્રયોગશાળા પ્રોટોટાઇપ બની ગયા છે. તાજેતરમાં સુધી જે મોડેલો વ્હાઇટબોર્ડ અને સિમ્યુલેશન પર હતા, તે હવે ભૌતિક ઉપકરણો સક્ષમ છે ચાર્જ કરવા, ઊર્જા સંગ્રહિત કરવા અને તેને ડિસ્ચાર્જ કરવા માટે એવા સમયમાં જે આપણે પરંપરાગત બેટરી તરીકે સમજીએ છીએ તેનાથી સંપૂર્ણપણે તૂટી જાય છે.

ઓસ્ટ્રેલિયન સંશોધકોના એક જૂથે, યુરોપ અને એશિયાની ટીમો સાથે, વિકાસ કરવામાં સફળતા મેળવી છે ક્વોન્ટમ બેટરીનો પ્રથમ કાર્યાત્મક પ્રોટોટાઇપએક નાનકડી સિસ્ટમ જે ફેમ્ટોસેકન્ડમાં ચાર્જ થાય છે અને નેનોસેકન્ડ માટે ઊર્જા સંગ્રહિત કરે છે, જે દર્શાવે છે કે આ ટેકનોલોજી ફક્ત સૈદ્ધાંતિક નથી. જોકે મોબાઇલ ફોન અથવા કારને પાવર આપવા માટે હજુ ઘણો લાંબો રસ્તો કાપવાનો બાકી છે, પરંતુ જે પ્રાપ્ત થયું છે તે દરવાજા ખોલે છે લગભગ તાત્કાલિક ચાર્જિંગ, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને વિશાળ આયુષ્ય ભવિષ્યની એપ્લિકેશનોમાં.

ક્વોન્ટમ બેટરી ખરેખર શું છે અને તે પરંપરાગત બેટરીથી કેવી રીતે અલગ છે?

પરંપરાગત લિથિયમ બેટરીથી વિપરીત, જે ઊર્જા સંગ્રહિત કરે છે તેના કારણે ઓક્સિડેશન-ઘટાડો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓક્વોન્ટમ બેટરી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમો પર આધારિત છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે આયનોને ખસેડવાને બદલે, તે ઉપયોગ કરે છે અણુઓ, પરમાણુઓ, ક્વોન્ટમ બિંદુઓ, અથવા સુપરકન્ડક્ટિંગ સર્કિટ્સ નાના ઉર્જા કોષો જેવા કે જે એકસાથે અનેક અવસ્થાઓમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે.

આ ક્વોન્ટમ કોષોને a માં મૂકી શકાય છે ઉત્તેજિત સ્થિતિ જ્યારે તેઓ ઉર્જા શોષી લે છે, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રકાશના ફોટોનના સ્વરૂપમાં, ત્યારે તે ઉર્જા સિસ્ટમના ઇલેક્ટ્રોનિક રૂપરેખાંકનમાં સંગ્રહિત થાય છે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જા ભ્રમણકક્ષામાં કૂદકો મારે છે. પછીથી, તે ઉર્જા ફરીથી મુક્ત થઈ શકે છે, સામાન્ય રીતે સ્વરૂપમાં ફોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહઉપકરણ કેવી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું હતું તેના પર આધાર રાખે છે.

મુખ્ય વાત એ છે કે આ બેટરીઓ જેવી ઘટનાઓ પર આધાર રાખે છે સુપરપોઝિશન, ગૂંચવણ અને ક્વોન્ટમ સુસંગતતાદરેક કોષ અલગતામાં કાર્યરત થવાને બદલે, સિસ્ટમ એકલ, સામૂહિક ક્વોન્ટમ એન્ટિટી તરીકે વર્તે છે. આ સામૂહિક વર્તણૂક જ અલ્ટ્રાફાસ્ટ ચાર્જિંગ સમય અને ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે મેળ ખાતી કાર્યક્ષમતાને અનલૉક કરે છે.

જ્યારે પરંપરાગત બેટરી ક્ષમતા અને ચાર્જિંગ સમય એકસાથે ચાલે છે - વધુ ક્ષમતા એટલે તેને ભરવા માટે વધુ સમય - ક્વોન્ટમ બેટરીમાં તેનાથી વિપરીત શોધ થઈ રહી છે: સિસ્ટમની ક્ષમતા જેટલી વધુ હશે, તેટલી ઝડપથી તે લોડ થઈ શકશે.આ વિચાર, જે પહેલી નજરે વાહિયાત લાગે છે, તે ક્વોન્ટમ ખ્યાલો પર આધારિત છે જે આપણા રોજિંદા જીવનમાં રહેલી અંતઃપ્રેરણાથી અલગ પડે છે.

બીજો મહત્વપૂર્ણ તફાવત ડિગ્રેડેશન છે. વર્તમાન બેટરીઓ દરેક ચક્ર સાથે ઘસારો અનુભવે છે: તેઓ તે ક્ષમતા ગુમાવે છે, આંતરિક પ્રતિકાર વધે છે અને સલામતી સમસ્યાઓ ઊભી થાય છે. ક્વોન્ટમ બેટરી દરખાસ્તો, રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ પર આધાર રાખીને નહીં, લક્ષ્ય રાખે છે અધોગતિને લગભગ નહિવત્ સ્તરે ઘટાડવીઆના પરિણામે વર્તમાન ધોરણની તુલનામાં ઉપકરણોનું આયુષ્ય ખૂબ વધારે હશે.

મુખ્ય ક્વોન્ટમ ખ્યાલો: સુપરપોઝિશન, એન્ટેંગલમેન્ટ અને સુપરએબ્સોર્પ્શન

ક્વોન્ટમ બેટરી આટલી ઝડપથી ચાર્જ કેમ થઈ શકે છે તે સમજવા માટે, આપણે ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રના ત્રણ મૂળભૂત વિચારો પર નજર નાખવાની જરૂર છે: ઓવરલેપ, ગૂંચવણ, અને સુપરએબ્સોર્પ્શન જેવા સામૂહિક પ્રભાવોજટિલ ગણિતમાં ઉતરવાની કોઈ જરૂર નથી, પરંતુ તમારે એ સ્વીકારવાની જરૂર છે કે, સબએટોમિક સ્કેલ પર, વસ્તુઓ મેક્રોસ્કોપિક દુનિયાની જેમ કામ કરતી નથી.

સુપરપોઝિશનમાં, ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ હોઈ શકે છે એક જ સમયે અનેક ઉર્જા અવસ્થાઓમાં જ્યાં સુધી તે માપવામાં ન આવે. આ સિદ્ધાંતમાં, ક્વોન્ટમ બેટરીને એકસાથે અનેક ઉર્જા સ્તરોના સંયોજનમાં ઊર્જા સંગ્રહિત કરવાની મંજૂરી આપે છે, જેનાથી ખૂબ જ નાના જથ્થામાં સંચિત થઈ શકે તેવી ઊર્જા ઘનતા વધે છે.

ગૂંચવણ એ એક વધુ વિરોધાભાસી ઘટના છે: ઘણા કણો અથવા ક્વોન્ટમ કોષો એવી રીતે વર્તે છે જાણે તેઓ એક અવિભાજ્ય સિસ્ટમએક કોષમાં શું થાય છે તે બાકીના કોષને તાત્કાલિક અસર કરે છે, ભલે તે અલગ હોય. બેટરીના સંદર્ભમાં, આ પરવાનગી આપે છે સ્ટોરેજ કોષો એકબીજા સાથે સહયોગ કરે છે લોડિંગ અને અનલોડિંગ દરમિયાન, સ્વતંત્ર રીતે કામ કરવાને બદલે.

તે સહયોગમાંથી કહેવાતા ઉદ્ભવે છે સુપરએબ્સોર્પશનશાસ્ત્રીય પ્રણાલીમાં, જો આપણે વધુ અણુઓ અથવા કોષો ઉમેરીએ, તો ઊર્જા શોષવાની ક્ષમતા રેખીય રીતે વધે છે: કોષોની સંખ્યા બમણી, શોષણ બમણી. એક ગૂંચવાયેલી અને સુસંગત ક્વોન્ટમ સિસ્ટમમાં, શોષણ એવી રીતે વધી શકે છે કે... સુપરલાઇનર અથવા સુપરએક્સટેન્સિવ: જેમ જેમ કોષોની સંખ્યા વધે છે, તેમ તેમ ચાર્જિંગ પાવર સિસ્ટમના કદ કરતાં વધુ ઝડપથી વધે છે.

આનો અર્થ એ છે કે મોટી ક્વોન્ટમ બેટરી નાના કરતા પણ ઝડપથી ચાર્જ કરોઆ પરમાણુઓ વરસાદમાં વ્યક્તિગત સમઘન તરીકે વર્તવાનું બંધ કરે છે અને તેના બદલે એક પ્રકારના "સુપરમોલેક્યુલ" તરીકે કાર્ય કરે છે જે વધુ કાર્યક્ષમતા સાથે પ્રકાશ ઊર્જા મેળવે છે. આ એક એવો પરિવર્તન છે જે આ ટેકનોલોજીને ભવિષ્યની ઊર્જા માટે ખૂબ આકર્ષક બનાવે છે.

પ્રથમ કાર્યાત્મક પ્રોટોટાઇપ: ઓસ્ટ્રેલિયન કાર્બનિક સૂક્ષ્મ પોલાણ

આ બધાનું સૌથી મૂર્ત પ્રદર્શન જેની આગેવાની હેઠળની ટીમ દ્વારા જોવા મળે છે જેમ્સ ક્વાચ અને કિઅરન હાઇમાસ, CSIRO અને એડિલેડ યુનિવર્સિટી સાથે સંકળાયેલ. મોડેલો અને આંશિક પ્રોટોટાઇપ્સ સાથે ઘણા વર્ષો સુધી કામ કર્યા પછી, તેઓ એક બનાવવામાં સફળ થયા છે સંપૂર્ણ ચક્ર પૂર્ણ કરવા સક્ષમ ઓપરેશનલ ક્વોન્ટમ બેટરી ઊર્જાનું ચાર્જિંગ, સંગ્રહ અને વિસર્જન.

તમારું ઉપકરણ આના પર આધારિત છે કાર્બનિક સૂક્ષ્મ પોલાણઆને કાળજીપૂર્વક સ્ટેક કરેલી સામગ્રીના નાના સેન્ડવિચ તરીકે કલ્પના કરી શકાય છે. સિસ્ટમના હૃદયમાં એક ખૂબ જ પાતળું પડ છે પોલિમર મેટ્રિક્સમાં વિખરાયેલા ઓછા દળના પરમાણુ સેમિકન્ડક્ટરઆ સક્રિય સ્તર સ્પિન કોટિંગ જેવી ચોક્કસ તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને જમા કરવામાં આવે છે, અને તેને બે ડાઇલેક્ટ્રિક અરીસાઓ વચ્ચે મૂકવામાં આવે છે જે ઓપ્ટિકલ પોલાણ બનાવે છે.

આ સૂક્ષ્મ પોલાણનું કાર્ય એ પર દબાણ કરવાનું છે પ્રકાશ અને દ્રવ્ય વચ્ચે મજબૂત જોડાણજ્યારે ફોટોન પોલાણમાં પ્રવેશ કરે છે, ત્યારે તેઓ અરીસાઓ વચ્ચે ઉછળીને ફસાઈ જાય છે અને કાર્બનિક અણુઓની ઉત્તેજિત અવસ્થાઓ સાથે જોડાય છે, જેનાથી પ્રકાશ-પદાર્થની સંકર અવસ્થાઓ ઉદ્ભવે છે. આ અવસ્થામાં, પરમાણુઓ સ્વતંત્ર રીતે કાર્ય કરવાનું બંધ કરે છે અને... બની જાય છે. સંકલિત રીતે ઉર્જાનું ભ્રમણ અને શોષણ કરો.

અગાઉના પ્રયોગોમાં, આ જ જૂથે પહેલાથી જ દર્શાવ્યું હતું કે, જ્યારે પોલાણનું કદ અને અણુઓની સંખ્યામાં વધારોસુપરએબ્સોર્પ્શનને કારણે ચાર્જિંગનો સમય ઓછો થયો હતો. જો કે, આ પ્રોટોટાઇપ્સમાં એક મુખ્ય મર્યાદા હતી: તેઓ સક્ષમ ન હતા સંગ્રહિત ઊર્જા કાઢો અને તેને ઉપયોગી વિદ્યુત પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરોબીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, તેઓ ચાર્જ થયા, પરંતુ તેઓ સંપૂર્ણ બેટરી તરીકે કામ કરતા નહોતા.

જર્નલ લાઇટ: સાયન્સ એન્ડ એપ્લિકેશન્સમાં પ્રકાશિત થયેલ નવું કાર્ય તે અવરોધને દૂર કરે છે. ટીમે ઉમેર્યું છે કાર્ગો પરિવહન માટે વધારાના સ્તરો માળખાની અંદર, ઉત્તેજક ઊર્જાને એકત્રિત કરવા અને માપી શકાય તેવા વિદ્યુત પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરવાની મંજૂરી આપે છે. આ રીતે, ઉપકરણ ફક્ત "પ્રકાશ જળાશય" રહેવાનું બંધ કરે છે અને એક બની જાય છે ઓરડાના તાપમાને કાર્યાત્મક ક્વોન્ટમ બેટરી.

ભારે લોડિંગ ગતિ અને વર્તમાન પ્રોટોટાઇપ મર્યાદાઓ

આ પ્રોટોટાઇપની સૌથી આકર્ષક વિશેષતાઓમાંની એક તેનો ચાર્જિંગ સમય છે. બેટરી થોડા સમયમાં ચાર્જ થાય છે ફેમ્ટોસેકન્ડએટલે કે, એક સેકન્ડના ટ્રિલિયનના દસ લાખમા ભાગના સમકક્ષ અંતરાલમાં. તમને ખ્યાલ આપવા માટે, જો આપણે આ પ્રદર્શનને દૈનિક ઉપયોગ માટે બેટરીમાં અનુવાદિત કરીએ, તો આપણે વાત કરીશું લગભગ તાત્કાલિક ચાર્જિંગ મોબાઇલ ફોન, કમ્પ્યુટર અથવા ઇલેક્ટ્રિક કાર માટે.

બીજી બાજુ, દર્શાવેલ સંગ્રહ સમય સ્કેલ પર છે નેનોસેકન્ડચાર્જિંગ સમય કરતાં લગભગ દસ લાખ ગણો વધુ. ક્વાચ સામાન્ય રીતે તેને એક સરળ સામ્યતા સાથે સમજાવે છે: જો બેટરી એક મિનિટમાં તે જ દરે ચાર્જ થાય, તો તે વર્ષો સુધી ભાર જાળવી રાખોલોડિંગ સમય અને રીટેન્શન સમય વચ્ચેના ગુણોત્તરના સંદર્ભમાં પ્રચંડ ફાયદાને દર્શાવવાની આ એક ગ્રાફિક રીત છે, ભલે આપણે હજુ પણ એક નાની સિસ્ટમમાં છીએ.

સમસ્યા એ છે કે સંગ્રહિત ઊર્જાનો સંપૂર્ણ જથ્થો તે હજુ પણ ખૂબ જ ઓછું છે. આપણે અબજો ઇલેક્ટ્રોનવોલ્ટના ઓર્ડર વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ, એક આંકડો જે શક્તિશાળી લાગે છે પણ વ્યવહારિક રીતે કંઈ નથી. આપણે દરરોજ ઉપયોગમાં લેવાતા સૌથી સરળ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણને પણ પાવર આપવા માટે તે પૂરતું નથી.

વધુમાં, હકીકત એ છે કે નેનોસેકન્ડમાં ક્વોન્ટમ સુસંગતતા ખોવાઈ જાય છે આ તાત્કાલિક એપ્લિકેશનોને ધરમૂળથી મર્યાદિત કરે છે. કંપનો, થર્મલ વધઘટ અને બાહ્ય ક્ષેત્રોથી અલગ ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ જાળવવી એ એક મોટો પડકાર છે. આ "ડીકોહરન્સ" બંનેનો મોટો દુશ્મન છે. ક્વોન્ટમ બેટરી ક્વોન્ટમ કોમ્પ્યુટરની જેમ, અને આપણને હાલમાં સૂક્ષ્મ સ્કેલ પર અને અત્યંત નિયંત્રિત વાતાવરણમાં કામ કરવા દબાણ કરે છે.

આ બધું સંશોધકોને તેમના વચનોમાં સાવધ રહેવા તરફ દોરી જાય છે. તેઓ સ્વીકારે છે કે, પ્રોટોટાઇપ ખ્યાલનો એક મહત્વપૂર્ણ પુરાવો હોવા છતાં, આપણે હજુ પણ જોવાથી દૂર છીએ ઇલેક્ટ્રિક કાર, મોબાઇલ ફોન અથવા હોમ સિસ્ટમમાં ક્વોન્ટમ બેટરીઆગળના પગલાંમાં ઉપકરણનું કદ વધારવું, પોલાણની રચનામાં સુધારો કરવો અને સૌથી ઉપર, ઊર્જા સંગ્રહ સમય વધારવો સુપરએબ્સોર્પ્શનના ફાયદા ગુમાવ્યા વિના.

નજીકના એપ્લિકેશનો: ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સ અને ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા ઉપકરણો

જ્યાં આ ટેકનોલોજી સૌથી તાત્કાલિક અસર કરી શકે છે તે ક્ષેત્રમાં છે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગઆ કમ્પ્યુટર્સ ક્વિબિટ્સનો ઉપયોગ કરીને કાર્ય કરે છે જેને અત્યંત ચોકસાઈથી અને ઘણીવાર ખૂબ જ ઓછા તાપમાને નિયંત્રિત કરવાની જરૂર હોય છે. સમાન ક્વોન્ટમ સિદ્ધાંતો જે પ્રોસેસરના તર્કને નિયંત્રિત કરે છે તે નોંધપાત્ર ફાયદાઓ પ્રદાન કરી શકે છે.

ઘણા સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસો સૂચવે છે કે ક્વોન્ટમ બેટરીઓ હોઈ શકે છે ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટર્સને વધારવા માટે ખૂટતો ભાગ ઔદ્યોગિક રીતે ઉપયોગી કદ તરફ. ક્વિટ્સની ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓ સાથે સંપૂર્ણ રીતે સમન્વયિત ઊર્જાના વિસ્ફોટો પ્રદાન કરીને, તેઓ નુકસાન ઘટાડવું, સ્થિરતામાં સુધારો કરવો અને નિયંત્રણને શ્રેષ્ઠ બનાવવું સૌથી જટિલ અલ્ગોરિધમ્સમાંથી.

એવી સિસ્ટમોમાં પણ ઉપયોગો ધ્યાનમાં લેવામાં આવી રહ્યા છે જેને જરૂરી છે ખૂબ જ ઝડપી ઉર્જા વિસર્જન અલ્ટ્રાશોર્ટ ટાઇમસ્કેલમાં, જેમ કે કેટલાક પ્રકારના ક્વોન્ટમ સેન્સર, અત્યંત આધુનિક તબીબી ઉપકરણો, અથવા તો સંદેશાવ્યવહાર અને ઉપગ્રહ તત્વો જ્યાં ટૂંકા શિખરોમાં સમય અને શક્તિ મહત્વપૂર્ણ હોય છે.

બીજી એક રસપ્રદ એપ્લિકેશન જેની શોધ ચાલી રહી છે તે છે દૂરસ્થ વાયરલેસ ચાર્જિંગતાજેતરના ચીની પ્રસ્તાવ સહિત કેટલીક ડિઝાઇન, નો ઉપયોગ સૂચવે છે નાના ધાતુના નળીઓ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્રો બેટરીની અંદર ઓછામાં ઓછા ઘટાડા સાથે સંપર્ક રહિત ચાર્જિંગની મંજૂરી આપવા માટે. આદર્શ પરિસ્થિતિમાં, ડ્રોન, કાર અથવા સમગ્ર શહેરમાં વિતરિત સેન્સર જેવા ઉપકરણો સંપૂર્ણપણે કાર્યરત શક્તિ મેળવો રોકવાની કે પ્લગ ઇન કરવાની જરૂર વગર.

મોટા પાયે છલાંગ લગાવવાની કલ્પના કરીને, આપણે એવા બિંદુ સુધી પહોંચી શકીએ છીએ જ્યાં ઘડિયાળો, પેસમેકર, સ્માર્ટફોન, લેપટોપ, અથવા વાહનો તેઓ સેકન્ડોમાં ચાર્જ થશે અને તેમના સમગ્ર જીવનકાળ દરમિયાન ઓછામાં ઓછી જાળવણીની જરૂર પડશે. તેમ છતાં, નિષ્ણાતો પોતે સ્વીકારે છે કે આ દ્રષ્ટિકોણો, ગમે તેટલા આકર્ષક હોય, હજુ પણ તેને દૂર કરવાની જરૂર છે. સામાન્ય બનવા માટે પ્રચંડ તકનીકી પડકારો.

તકનીકી પડકારો: ટેકનોલોજીની સુમેળ, સ્થિરતા અને માપનીયતા

ક્વોન્ટમ બેટરીનો મુખ્ય અવરોધ એ જાળવણી છે પૂરતા સમય માટે સુસંગત ક્વોન્ટમ અવસ્થાઓપર્યાવરણ સાથેની કોઈપણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા - કંપન, તાપમાનમાં ફેરફાર, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અવાજ - તે નાજુક ગૂંચવણનો નાશ કરી શકે છે જે સુપરએબ્સોર્પ્શનને શક્ય બનાવે છે. તે પ્રક્રિયા, સુમેળઆના કારણે સિસ્ટમ સામૂહિક ક્વોન્ટમ વર્તણૂકથી શાસ્ત્રીય અને ઘણી ઓછી કાર્યક્ષમ વર્તણૂક તરફ સ્વિચ કરે છે.

વર્તમાન પ્રયોગોમાં, ઊર્જા જાળવણી સમય માપવામાં આવે છે નેનોસેકન્ડ અથવા માઇક્રોસેકન્ડઆ ઘટનાના ભૌતિકશાસ્ત્રને દર્શાવવા માટે પૂરતું છે, પરંતુ તે વ્યવહારુ ઉપકરણ માટે જરૂરી હોય તે કરતાં પ્રકાશ-વર્ષ દૂર છે, કારણ કે તેને મિનિટો, કલાકો અથવા દિવસો માટે ઊર્જા જાળવી રાખવી આવશ્યક છે. સામૂહિક ક્વોન્ટમ વર્તણૂક ગુમાવ્યા વિના આ સમયને લંબાવવો એ સંશોધનના મુખ્ય ક્ષેત્રોમાંનું એક છે.

બીજો પડકાર છે ટેકનોલોજી સ્કેલિંગલાખો કે અબજો ક્વોન્ટમ કોષોને સ્થિર રીતે ફસાવવું એ કોઈ નાની વાત નથી. તેને સૂક્ષ્મ પોલાણ, કાર્બનિક અથવા સુપરકન્ડક્ટિંગ સામગ્રીના નિર્માણ અને વેવગાઇડ્સ અથવા સર્કિટ્સના સ્થાપત્ય પર ઉત્કૃષ્ટ નિયંત્રણની જરૂર છે. કોઈપણ ખામી અથવા અસમપ્રમાણતા સિસ્ટમને સંતુલનમાં પ્રવેશવા માટે જરૂરી સમપ્રમાણતાને તોડી શકે છે. શ્યામ અથવા અતિશોષક સ્થિતિ ઇચ્છિત.

કેટલાક જૂથો, જેમ કે પીસા યુનિવર્સિટી અથવા પેરિસમાં પીએસએલ રિસર્ચ યુનિવર્સિટી, ઉપયોગની તપાસ કરી રહ્યા છે નીચા-તાપમાન સુપરકન્ડક્ટિંગ સર્કિટ્સ ક્વોન્ટમ બેટરીનો અમલ કરવા માટે. આ સામગ્રીઓમાં વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ વિદ્યુત પ્રતિકાર નથી, જે નુકસાન ઘટાડવામાં મદદ કરે છે. હમણાં માટે, તેમના પ્રસ્તાવો સૈદ્ધાંતિક રહે છે, પરંતુ તેઓ ઓફર કરે છે વૈકલ્પિક ડિઝાઇન રૂટ્સ કાર્બનિક સૂક્ષ્મ પોલાણની બહાર.

વધુમાં, એક ત્રીજી સમસ્યા છે: ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાઇક્રોમીટર અથવા નેનોમીટર સ્કેલ પર પ્રયોગશાળા પ્રોટોટાઇપથી પેનલ, કાર અથવા પાવર ગ્રીડમાં સંકલિત વાણિજ્યિક ઉપકરણો તરફ આગળ વધવા માટે પુનરાવર્તિત, સસ્તી અને મજબૂત ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવાનો સમાવેશ થાય છે. આ માટે પાતળા-ફિલ્મ ડિપોઝિશનમાં નિપુણતા, ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સાથે સંકલન અને સામગ્રીના મોટા પાયે ક્વોન્ટમ ગુણવત્તા નિયંત્રણની જરૂર છે.

ટોપોલોજીનું યોગદાન અને સૌથી અદ્યતન સૈદ્ધાંતિક દરખાસ્તો

પ્રાયોગિક પ્રોટોટાઇપ્સની સાથે, વૈજ્ઞાનિક સમુદાય ક્વોન્ટમ બેટરી માટે ડિઝાઇન શોધવા માટે સિદ્ધાંતને શુદ્ધ કરી રહ્યું છે. વાસ્તવિક દુનિયાની પરિસ્થિતિઓમાં વધુ મજબૂત અને કાર્યક્ષમએક ઉત્તમ ઉદાહરણ RIKEN સેન્ટર ફોર ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ અને ચીનમાં હુઆઝોંગ યુનિવર્સિટી ઓફ સાયન્સ એન્ડ ટેકનોલોજીનું સંયુક્ત કાર્ય છે, જે ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે ટોપોલોજીના ખ્યાલો ઊર્જા ટ્રાન્સમિશન અને સંગ્રહ સુધારવા માટે.

ટોપોલોજી એ ગણિતની એક શાખા છે જે સિસ્ટમોના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ કરે છે જે સતત વિકૃતિઓ હેઠળ તેઓ બદલાતા નથીફોટોનિક્સ અને ક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ પર લાગુ, તે માળખાઓની ડિઝાઇનને મંજૂરી આપે છે, જેમ કે ટોપોલોજીકલ ફોટોનિક વેવગાઇડ્સ, જેમાં ઊર્જા લગભગ કોઈ નુકસાન કે વિક્ષેપ વિના આગળ વધી શકે છે, ભલે માધ્યમ સંપૂર્ણ ન હોય.

આ સંશોધકો દ્વારા કરવામાં આવેલા વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે ક્વોન્ટમ બેટરી ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે ફોટોનિક વેવગાઇડ્સ અને બે-સ્તરીય પરમાણુઓ તે સિસ્ટમના વિવિધ ભાગો વચ્ચે લગભગ સંપૂર્ણ રીતે ઊર્જા ટ્રાન્સફર કરી શકે છે. વધુમાં, તેઓ એવી ગોઠવણીઓને ઓળખે છે જેમાં ઉપકરણ વર્ચ્યુઅલ રીતે વિસર્જન માટે રોગપ્રતિકારક, ક્વોન્ટમ સુસંગતતા અને કાર્યક્ષમતા જાળવવાની વાત આવે ત્યારે મુખ્ય સમસ્યાઓમાંની એક.

વિચાર એ છે કે, ટોપોલોજીકલ ગુણધર્મોનો લાભ લઈને, તે પ્રાપ્ત કરવું શક્ય છે ઊર્જા "સુરક્ષિત ચેનલો" દ્વારા વહે છે બેટરીની અંદર, જેથી ખામીઓ, અશુદ્ધિઓ અથવા સામગ્રીમાં નાના ફેરફારોનો ન્યૂનતમ પ્રભાવ પડે. જોકે આ હાલમાં સૈદ્ધાંતિક પરિણામો છે, તેઓ એક પ્રદાન કરે છે ભવિષ્યની ટોપોલોજીકલ ક્વોન્ટમ બેટરીની ડિઝાઇન માટે એક મૂલ્યવાન માર્ગદર્શિકા વધુ સારી સુવિધાઓ સાથે.

તે કાર્યના પ્રથમ લેખક, ઝી-ગુઆંગ લુના મતે, આ દરખાસ્તો ક્વોન્ટમ બેટરીની વ્યવહારિક મર્યાદાઓને દૂર કરવામાં મદદ કરે છે જે લાંબા અંતરનું ટ્રાન્સમિશન અને ઊર્જા વિસર્જનજો આ વિચારોને પ્રયોગશાળામાં અનુવાદિત કરી શકાય, તો આપણે અત્યંત કાર્યક્ષમ સૂક્ષ્મ ઊર્જા સંગ્રહ ઉપકરણો જોઈ શકીશું, જે મુખ્ય ભૂમિકા ભજવશે સેન્સર નેટવર્ક્સ, એમ્બેડેડ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને વિતરિત ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ.

ઊર્જા અને ભાવિ ટેકનોલોજી પર સંભવિત અસર

જો સંશોધનની આ બધી રેખાઓ ફળીભૂત થાય, તો ક્વોન્ટમ બેટરીમાં ક્ષમતા છે કે ઊર્જા સંગ્રહમાં ક્રાંતિ લાવો નાના અને મોટા બંને પાયે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિક ગતિશીલતામાં, તેઓ પરવાનગી આપશે ગેસ ટાંકી ભરવા જેટલા સમયમાં કાર ચાર્જ કરવી, ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના મોટા પાયે અપનાવવા માટેના મુખ્ય વર્તમાન અવરોધોમાંથી એકને દૂર કરીને.

કન્ઝ્યુમર ઇલેક્ટ્રોનિક્સમાં, સ્માર્ટફોન, લેપટોપ અથવા સ્માર્ટવોચને ચાર્જ કરી શકાય છે સેકન્ડનો પ્રશ્ન અને દિવસો કે અઠવાડિયા સુધી કાર્ય કરે છે, વર્ષોથી વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ ઘટાડો થયા વિના. આ ઉપકરણો સાથેના આપણા સંબંધોને સંપૂર્ણપણે બદલી નાખશે, જ્યાં "બેટરી ચિંતા" હવે રોજિંદા સમસ્યા રહેશે નહીં.

ઔદ્યોગિક અને વૈજ્ઞાનિક ક્ષેત્રોમાં, ક્વોન્ટમ બેટરીઓ પાવરિંગ સિસ્ટમ્સ માટે યોગ્ય હોઈ શકે છે જેને જરૂર હોય છે ખૂબ જ કેન્દ્રિત શક્તિ શિખરો ખૂબ જ ઓછા સમયમાં: અદ્યતન ચુંબકીય રેઝોનન્સ ઉપકરણોથી લઈને પાર્ટિકલ એક્સિલરેટર, સેટેલાઇટ કમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ અથવા ક્રિટિકલ ઇમરજન્સી ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટેશન સુધી.

વધુમાં, પર આધાર રાખતા નથી જ્વલનશીલ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અથવા જટિલ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓઆ બેટરીઓ નિષ્ફળતા, ઓવરહિટીંગ અથવા શોર્ટ સર્કિટ સામે સ્વાભાવિક રીતે વધુ સુરક્ષિત રહેશે. અને, લેસર અથવા ચુંબકીય ક્ષેત્રો દ્વારા વાયરલેસ ચાર્જિંગની શક્યતા સાથે, તેઓ દરવાજા ખોલશે વાયરલેસ એનર્જી ઈન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર, જ્યાં ઊર્જા લગભગ અદ્રશ્ય રીતે ઉપકરણોમાં વહે છે.

આ બધું વધુ આશાસ્પદ ભવિષ્યના દ્રષ્ટિકોણમાં ફાળો આપે છે. ટકાઉ અને કાર્યક્ષમઓછામાં ઓછા નુકસાન અને લગભગ અનંત ચક્ર સાથે, લગભગ સંપૂર્ણ ઊર્જા સંગ્રહ પ્રણાલી, મહત્વપૂર્ણ સામગ્રી સાથે બેટરીના ઉત્પાદન અને રિસાયકલની જરૂરિયાતને નાટકીય રીતે ઘટાડશે, અને તે ખૂબ જ સારી રીતે ફિટ થશે. નવીનીકરણીય ઉર્જાનો વિસ્તરણ, જેમને બહુમુખી અને ઝડપી સંગ્રહ ઉકેલોની જરૂર છે.

જોકે, આજ સુધી, વૈજ્ઞાનિક સમુદાય પોતે જ આગ્રહ રાખે છે કે આપણને જરૂર છે એક દાયકા કે તેથી વધુ રોજિંદા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં ક્વોન્ટમ બેટરીના પ્રથમ સ્પષ્ટ વ્યાપારી ઉપયોગો જોવા માટે. આ દરમિયાન, આપણે જોઈશું વધુને વધુ સુસંસ્કૃત પ્રોટોટાઇપ્સ, રીટેન્શન સમયમાં સુધારો અને હાઇબ્રિડ ડિઝાઇન જે ક્વોન્ટમ ગતિને ક્લાસિક બેટરીની ક્ષમતા સાથે જોડે છે.

ઓસ્ટ્રેલિયા, યુરોપ અને એશિયામાં પ્રયોગશાળાઓમાં થતી બધી પ્રવૃત્તિઓ સાથે, ક્વોન્ટમ બેટરીઓ ઊર્જા ક્ષિતિજ પર સૌથી આશાસ્પદ તકનીકોમાંની એક તરીકે પોતાને સ્થાપિત કરી રહી છે: એક ક્ષેત્ર જેમાં પ્રકાશ, અણુઓ અને ભૌતિકશાસ્ત્રના વિચિત્ર સિદ્ધાંતો ભેગા થઈને એક દૃશ્ય બનાવે છે જેમાં ઉપકરણ ચાર્જ કરવું લગભગ લાઈટ ચાલુ કરવા જેટલું જ તાત્કાલિક અને અદ્રશ્ય હોવું જોઈએ..