Физики из Дании и Ирана теоретически показали, что емкость квантовых батарей со временем уменьшается, если не позволять батареям полностью разрядиться по окончании цикла зарядки-разрядки.

Это связано с тем, что при быстрой разрядке батареи в ней накапливается небольшое количество «бесполезной» энергии, от которого можно избавиться только естественным путем. Статья опубликована в Physical Review A.

Как правило, работа с квантовыми системами сводится к последовательности циклов, в которых охлаждение системы, генерация квантового состояния, вычисление и измерение отделены друг друга. При этом часть квантовых степеней свободы выделяют для хранения информации, а оставшиеся степени свободы превращают в квантовые аналоги классических регистров. В частности, к такой обобщенной схеме сводятся квантовые вычисления с холодными атомами, сверхпроводящими кубитами или спинами.

Впрочем, хранением и обработкой информации квантовые устройства не ограничиваются. Поскольку у любой квантовой системы есть несколько энергетических уровней, теоретически ее можно превратить в «квантовую батарейку», которая сохраняет заданное количество энергии, а потом выбрасывает его в устройство.

Удобным примером такой системы является двухуровневый квантовый осциллятор, помещенный в оптическую полость. Во-первых, время зарядки, жизни и разрядки такой батарейки можно настраивать в широких пределах (увеличивая и уменьшая на несколько порядков). Во-вторых, благодаря эффекту Парселла батарейку можно очень быстро разрядить. В-третьих, все испущенное излучение проходит через единственную моду полости, а потому его можно когерентно связать с другими квантовыми устройствами.

Теоретически квантовые батареи, собранные из большого числа таких осцилляторов, могут пригодиться в низкотемпературных экспериментах, в которых нужно жестко контролировать количество подаваемой энергии.

Физики Фазех Пирморадян (Faezeh Pirmoradian) и Клаус Мёльмер (Klaus Mølmer) показали, что при высокой частоте операций квантовые батареи страдают от тех же проблем, что и их классические собратья — со временем квантовая батарея стареет и вмещает гораздо меньше энергии, чем в начале работы.