El modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK), un modelo exactamente solucionable ideado por Subir Sachdev y Jinwu Ye, Recientemente ha resultado útil para comprender las características de diferentes tipos de materia. Como describe la materia cuántica sin cuasipartículas y es simultáneamente una versión holográfica de un agujero negro cuántico, hasta ahora ha sido adoptado tanto por la materia condensada como por los físicos de alta energía.

Investigadores de la Universidad de Pisa y el Instituto Italiano de Tecnología (IIT) han utilizado recientemente el modelo SYK para examinar los protocolos de carga de las baterías cuánticas. Su papel publicado en Cartas de revisión física , ofrece evidencia del potencial de los recursos de la mecánica cuántica para impulsar el proceso de carga de las baterías.

"Estudios teóricos anteriores establecieron la idea de que el entrelazamiento se puede utilizar para acelerar en gran medida el proceso de carga de una batería cuántica, "Davide Rossini y Gian Marcello Andolina, dos de los investigadores que realizaron el estudio, le dijo a Phys.org, vía correo electrónico. "Sin embargo, faltaba un modelo de estado sólido concreto que mostrara una carga tan rápida, hasta ahora."

Rossini, Andolina y sus colegas se dieron cuenta de que el modelo SYK es un buen candidato para examinar el proceso de carga rápida de las baterías cuánticas. ya que se sabe que genera dinámicas muy entrelazadas. Los muchos cuerpos del modelo, La dinámica en tiempo real es, en última instancia, lo suficientemente compleja como para superar a los enfoques analíticos estándar.

"Para nuestros propósitos, nos pareció conveniente emplear un tratamiento numérico basado en la diagonalización exacta de matrices enormes, Rossini y Andolina explicaron. "Por lo tanto, realizamos extensas simulaciones numéricas, requiriendo hasta 100 Gb de memoria y alrededor de dos semanas de tiempo computacional, en un clúster de computación de alto rendimiento con fines científicos ".

El modelo utilizado por los investigadores es el primero en delinear claramente una ventaja cuántica en la velocidad de carga de las baterías cuánticas. Aunque este modelo es particularmente difícil de usar en entornos de laboratorio, el trabajo reciente de Rossini, Andolina y sus colegas fueron un primer e importante paso hacia la recopilación de pruebas experimentales de esta ventaja cuántica.

"Una batería es una máquina bastante complicada, cuál le gustaría cargar rápidamente, que debería almacenar energía durante mucho tiempo y finalmente proporcionar un trabajo útil, ", Dijeron Rossini y Andolina." Si bien demostramos que los recursos mecánicos cuánticos pueden impulsar el proceso de carga, todavía no está claro si se pueden usar para mejorar otras tareas de una batería cuántica tan hipotética, por tanto, la investigación de las baterías cuánticas está todavía en su infancia ".

El reciente estudio realizado por Rossini, Andolina y sus colegas ofrecen una fuerte evidencia numérica que insinúa la ventaja de aplicar fuerzas mecánicas cuánticas en las baterías, que está habilitado por la dinámica cuántica subyacente altamente entrelazada. En el futuro, podría allanar el camino hacia el desarrollo de más baterías que se puedan cargar más rápido.

"Una posible adición interesante a nuestro trabajo sería aplicar los mismos conceptos a los motores térmicos, ", Dijo Rossini." Desde el siglo XVIII, [se ha sabido] que la eficiencia de un motor térmico no puede exceder un valor universal conocido como el límite de Carnot. Por lo tanto, está claro que los recursos de la mecánica cuántica no se pueden utilizar para mejorar la eficiencia. Sin embargo, no existe un límite universal con respecto al poder, y planeamos estudiar un motor térmico basado en SYK para investigar más a fondo este problema ".

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