Ученые РФ создали точное математическое описание для квантовой батареи

Ученые из России разработали набор уравнений, точно описывающих свойства и поведение так называемых квантовых батарей, способных запасать энергию с использованием частиц света и квантовых эффектов, которые не характерны для обычных электрохимических аккумуляторов. Об этом сообщила пресс-служба НИУ ВШЭ.

«Результаты работы позволят точно вычислять емкость, мощность и время оптимального заряда батареи. Ожидается, что квантовые батареи улучшат производительность солнечных панелей, электромобилей, а также создадут новые возможности для эффективной передачи энергии», — говорится в сообщении.

Данное математическое описание разработано научным сотрудником МИЭМ НИУ ВШЭ (Москва) Сеидали Сеидовым, а также профессором НИТУ МИСИС (Москва) Сергеем Мухиным при изучении того, как протекают взаимодействия между частицами света, заточенными внутри оптических резонаторов, и большим числом квантовых объектов, имеющих два энергетических уровня. Роль подобных объектов могут играть как настоящие атомы, так и их искусственные подобия.

Взаимодействия между частицами света и атомами позволяют запасать энергию и извлекать ее контролируемым образом, пользуясь некоторыми особенностями в поведении этих квантовых объектов. В прошлом, как отмечают Сеидов и Мухин, свойства и поведение таких квантовых аккумуляторов описывались лишь при помощи методов численного моделирования, что не позволяло полностью раскрыть то, как взаимодействуют друг с другом частицы света, резонаторы и квантовые объекты.

Российские ученые исправили этот недостаток, для чего они разработали набор математических уравнений, описывающих устройство и работу квантовых батарей. Данный подход основывается на идее, что в определенных условиях поведение квантовых систем может быть приближено к поведению классических систем. Используя эту концепцию, ученые просчитали поведение квантовой батареи в процессе ее работы и разработали оптимальные стратегии зарядки подобных накопителей энергии.

Также исследователи выяснили, как число квантовых объектов в аккумуляторе влияет на мощность зарядки. В частности, оказалось, что удвоение числа подобных структур приведет к увеличению мощности зарядки почти втрое, что является следствием влияния квантовых эффектов на свойства аккумулятора. Ученые уверены, что созданный ими подход и результаты проведенных ими расчетов помогут более эффективно проектировать квантовые батареи и разрабатывать методы их быстрой и полной зарядки.