Volgens onderzoekers van de Universiteit van Tokio zou het opladen van quantumbatterijen efficiënter kunnen worden door de klassieke wetten van de causaliteit te negeren. Dit zou mogelijk zijn door het quantumfenomeen 'onbepaalde causale volgorde' te benutten.
Efficiënter opladen door quantumfenomeen
Promovendus Yuanbo Chen en zijn team aan de Universiteit van Tokio hebben een theorie ontwikkeld dat quantumbatterijen efficiënter opgeladen kunnen worden door de klassieke wetten van de causaliteit te omzeilen. Ze benutten een specifiek quantumfenomeen, genaamd 'onbepaalde causale volgorde', waarbij de richting van causaliteit in sommige gevallen onmogelijk te bepalen is. Dit unieke fenomeen kan mogelijk een prominente rol spelen bij het aandrijven van quantumbatterijen, apparaten die quantummechanische effecten gebruiken om energie op te slaan.
Toepassing van theorie in de praktijk
Het team van Chen heeft hun theorie toegepast op een scenario waarbij twee laders een quantumbatterij van stroom voorzien. Ze hebben drie verschillende scenario's berekend om te zien hoeveel energie de batterij zou krijgen en hoe efficiënt de batterij opgeladen zou worden. In het eerste scenario waren de laders na elkaar aangesloten, terwijl in het tweede scenario de laders de batterij tegelijkertijd van stroom voorzagen. In het derde scenario was het onmogelijk om te bepalen welke lader de batterij oplaadde, omdat beide causaliteiten in een speciale kwantumsuperpositie waren.
Bevestiging via proof-of-principle-experiment
Volgens de resultaten van het onderzoek, gaf de derde aanpak, waarbij het onmogelijk was te bepalen welke lader de batterij oplaadde, de batterij de meeste energie op de meest efficiënte manier. Deze resultaten waren geldig zelfs als de verbinding tussen de laders en de batterijen relatief zwak was. Om hun theorie verder te testen, hebben Chen en zijn team een proof-of-principle-experiment uitgevoerd met quantumlicht, wat aantoonde dat dit onbepaalde causaliteitsprotocol inderdaad geïmplementeerd kan worden met een quantumschakelaar.
De bevindingen van het onderzoek zijn met enthousiasme ontvangen door Giulio Chiribella, een quantumwetenschapper aan de Universiteit van Hong Kong. Hij noemde het 'een spannend nieuw idee en een treffende illustratie dat fundamentele ideeën over quantumtheorie tot praktische toepassingen kunnen leiden'. Maar ondanks het optimisme, benadrukt Chiribella dat verdere experimenten nodig zijn om de werkelijke impact van onbepaalde causale volgorde op quantumbatterijen te bepalen.
