За последние несколько лет исследователи разработали различные квантовые технологии, которые могут стать альтернативой классическим устройствам. Они работают на основе принципов квантовой механики и потенциально способны превосходить классические аналоги в определённых условиях.
Среди предложенных и разработанных квантовых технологий особое место занимают квантовые батареи — устройства для хранения энергии, которые теоретически могут накапливать энергию более эффективно, чем классические батареи, а также заряжаться быстрее.
Несмотря на прогнозируемый потенциал, большинство предложенных решений для квантовых батарей пока не продемонстрировали реального квантового преимущества, то есть не показали, что работают лучше классических аналогов.
Исследователи из Исследовательского университета ПSL и Пизанского университета представили новую, на первый взгляд простую модель квантовой батареи, которая может иметь реальное квантовое преимущество перед классическим аналогом.
Новая модель, описанная в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters, успешно достигла так называемого квантового предела скорости — максимальной скорости, которую теоретически может достичь квантовая система.
«Квантовые батареи — это микроскопические устройства, которые могут демонстрировать квантовые преимущества перед классическими аналогами в задачах, связанных с энергией», — рассказали Виттория Станзионе и Джан Марчелло Анджолина, соавторы статьи.
«Эта область исследований возникла из теории квантовой информации, которая предсказывает, что квантовые ресурсы, такие как запутанность, могут значительно повысить мощность зарядки квантовых систем», — пояснили они.
Ранее авторы этой работы предложили модель, демонстрирующую такое квантовое преимущество: модель Сачдева — Йе — Китаева (SYK). Однако эта модель сложна как экспериментально — из-за многочастичных взаимодействий — так и теоретически, поскольку её аналитическое исследование затруднено.
Исследователи сравнили свою модель с подходящей классической моделью батареи, а также применили формальные границы, описанные Мацеем Левинштейном и другими исследователями из Института фотонных наук (ICFO) в Барселоне. Результаты показывают, что модель квантовой батареи действительно превосходит свой классический аналог.
«Насколько нам известно, эта работа представляет собой первую строгую сертификацию реального квантового преимущества в разрешимой модели», — сказали Станзионе и Анджолина. «Кроме того, предложенная установка может быть реализована с использованием современных экспериментальных технологий».
На данный момент модель исследователей остаётся теоретической, и предстоит ещё много работы, прежде чем её можно будет реализовать экспериментально. В своей статье команда кратко исследует возможность реализации своей предложенной модели батареи с использованием сверхпроводящих схем — электрических цепей, изготовленных из материалов, которые при низких температурах имеют нулевое сопротивление.
«Мы планируем сотрудничать с экспериментальными группами в будущем, чтобы реализовать доказательство принципа», — добавили Станзионе и Анджолина. «В то же время создание полностью функциональной квантовой батареи, интегрированной с другими квантовыми технологиями, остаётся далёкой целью. Мы надеемся, что наша работа будет стимулировать дальнейшие исследования в этой захватывающей области, способствуя прогрессу как в теории, так и на практике».
© 2025 Science X Network
Больше информации о квантовой физике можно найти на [Physics Forums](https://www.physicsforums.com/forums/quantum-physics.62/).