(Phys.org) —Los físicos han demostrado teóricamente que, cuando se acoplan varias baterías a nanoescala, se pueden cargar más rápido que si cada batería se cargara individualmente. La mejora surge de los fenómenos cuánticos colectivos y tiene sus raíces en el campo emergente de la termodinámica cuántica, el estudio de cómo los efectos cuánticos influyen en las leyes tradicionales que gobiernan la energía y el trabajo.

Los investigadores, Francesco Campaioli y col., han publicado un artículo sobre la carga rápida de baterías a nanoescala en un número reciente de Cartas de revisión física .

Aunque una gran cantidad de investigación ha demostrado que los fenómenos cuánticos proporcionan ventajas en las aplicaciones de procesamiento de información, como la informática y la comunicación segura, Ha habido muy pocas demostraciones de ventajas cuánticas en termodinámica. En un estudio reciente en esta área, Los investigadores demostraron que el entrelazamiento cuántico puede permitir extraer más trabajo de un dispositivo de almacenamiento de energía a nanoescala. o "batería cuántica, "de lo que sería posible sin enredos.

En el nuevo estudio, los investigadores se basan en este resultado para demostrar que los fenómenos cuánticos también pueden mejorar la potencia de carga de las baterías cuánticas. También encontraron que el proceso no necesariamente requiere entrelazamiento, aunque requiere operaciones que tienen el potencial de generar estados entrelazados.

"Nuestro trabajo muestra cómo entrelazar las operaciones, es decir, interacciones entre dos o más cuerpos:son necesarias para obtener una ventaja cuántica para la potencia de carga de las baterías de muchos cuerpos, Considerando que el enredo en sí mismo no constituye un recurso, "Campaioli, en la Universidad de Monash en Australia, dicho Phys.org . "Adicionalmente, mostramos que para las baterías acopladas localmente, la ventaja cuántica aumenta con el número de baterías que interactúan ".

La ventaja cuántica no está exenta de límites, sin embargo, y los físicos derivan el límite superior de cuánto más rápido se puede cargar una colección de baterías con la ayuda de fenómenos cuánticos. Muestran que para las baterías acopladas localmente, la ventaja cuántica aumenta con el número de baterías que interactúan. Estos límites para la ventaja cuántica se basan en límites de velocidad cuántica, que se utilizan, por ejemplo, para estimar la velocidad máxima de los procesos cuánticos, como cálculos en una computadora cuántica. Aquí, el límite es para los procesos termodinámicos.

En general, los resultados pueden conducir a métodos para mejorar los futuros procesos de carga de energía a nanoescala, así como para una mejor comprensión de cómo se relacionan la teoría cuántica y la termodinámica.

"Nuestro resultado podría utilizarse para proporcionar una carga óptima para nanodispositivos que dependen de baterías que constan de pocos sistemas cuánticos, como cobrar qubits, iones o átomos, ", Dijo Campaioli." Nuestro plan para la investigación futura en este campo es proporcionar un límite superior ajustado a la ventaja que se puede obtener mediante interacciones entre un número finito de cuerpos. Es más, nos gustaría obtener una realización experimental de la ventaja cuántica antes mencionada ".

© 2017 Phys.org