인과관계는 우리가 현실을 경험하는 데 핵심입니다. 예를 들어 유리잔을 깨면 유리잔이 깨집니다. 따라서 유리잔이 깨지기 전에는 유리잔이 깨질 수 없습니다. 그러나 양자 세계에서는 이러한 규칙이 반드시 적용되는 것은 아니며 과학자들은 이제 이 기이함을 활용하여 양자 배터리를 충전하는 방법을 시연했습니다.
어떤 의미에서 양자 배터리는 역설에 의해 구동됩니다. 서류상으로는 원자와 분자의 양자 상태에 에너지를 저장함으로써 작동합니다. 물론 "양자"라는 단어가 언급되자마자 이상한 일이 일어날 것이라는 사실을 알 수 있습니다. 이 경우, 우리가 알고 있는 원인과 결과를 위반하여 양자 배터리가 작동할 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다.
연구 저자인 Chen Yuanbo는 "스마트폰이나 센서와 같은 저전력 장치에 사용되는 현재 배터리는 일반적으로 전하를 저장하기 위해 리튬과 같은 화학 물질을 사용하는 반면, 양자 배터리는 원자 배열과 같은 미세한 입자를 사용합니다. 화학 배터리는 고전 물리학 법칙의 지배를 받는 반면, 미세한 입자는 본질적으로 양자이므로 우리는 이를 사용하여 소규모에서 일어나는 일에 대한 직관적인 개념을 구부리거나 심지어 깨뜨릴 수 있는 방법을 모색할 수 있습니다. 저는 특히 양자 입자가 우리의 가장 근본적인 경험 중 하나를 위반하는 방식에 관심이 있습니다. 시간."
고전 물리학에서 우리가 대규모 세계에서 경험하는 물리학의 원인과 결과는 분명히 선형입니다. 이전 비유로 돌아가서, 유리잔을 떨어뜨리면(사건 A) 유리잔이 깨집니다(사건 B). 그러나 두 사건 사이의 관계를 되돌릴 수는 없습니다. 유리가 깨졌기 때문에 떨어지는 것이 아니었습니다. 그러나 양자 물리학의 유령 영역에서는 이러한 제한이 적용되지 않습니다. 이러한 역설을 양자 배터리에 통합하면 효율성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.
새로운 연구에서 도쿄 대학의 과학자들은 레이저, 렌즈, 거울을 대형 양자 배터리로 사용하여 실험실 실험을 수행했습니다. 이러한 배터리를 충전하려면 일반적으로 여러 충전 단계가 차례로 필요하지만, 여기서 연구팀은 ICO(무한 인과 순서)라는 양자 효과를 활용했습니다. 기본적으로 시스템을 양자 중첩으로 가져오면 인과 질서가 동시에 양방향으로 존재할 수 있어 여러 충전 단계가 순차적이 아닌 동시에 작동할 수 있습니다.
Chen은 "ICO를 통해 양자 입자로 구성된 배터리가 충전되는 방식이 성능에 큰 영향을 미칠 수 있음을 입증했습니다."라고 말했습니다. "우리는 시스템에 저장된 에너지와 열 효율 모두에서 큰 개선을 발견했습니다. 그리고 다소 직관적이지 않게도 예상했던 것과 반대되는 상호 작용의 놀라운 효과를 발견했습니다. 즉, 저전력 충전기는 동일한 장치를 사용하는 고전력 충전기보다 더 효율적이면서 더 많은 에너지를 전달할 수 있다는 것입니다."
대부분의 사람들이 이해하기 어려울 수도 있지만, 언젠가는 양자 배터리가 현실이 될 수도 있습니다. 현재는 실험실 실험으로만 존재하지만 과학자들은 부품을 작업 전체로 통합하는 방법을 알아내는 궁극적인 목표를 가지고 다양한 측면을 천천히 테스트하고 있습니다.
이 연구는 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.