Квантовым компьютерам нужна энергия. Это простое соображение заставило ученых лет 10 назад приступить к созданию квантовых батарей, то есть квантово-механических устройств для хранения энергии. Ученые из Южной Кореи совершили важное открытие в этой области: разработали и испытали микроскопический мазер — систему, которая в будущем может стать надежной платформой для квантовых батарей.

Недавние достижения южнокорейских ученых в этой области показали, что квантовые батареи способны значительно повысить скорость зарядки по сравнению с классическими протоколами. Это происходит благодаря квантовым эффектам, которые позволяют элементам питания в батареях заряжаться одновременно, пишет Science Daily.

Несмотря на это теоретическое достижение, практическая реализация квантовых батарей идет не слишком успешно. Единственное серьезное достижение — двухуровневая система хранения энергии, в которой энергию обеспечивает электромагнитное поле.

Желая разработать более доступные варианты квантовых батарей, ученые из Института фундаментальных наук Южной Кореи вместе с коллегами из Италии решили обратиться к квантово-механической системе, которую много исследовали в прошлом — к микромазеру. Это система, в которой луч атомов используется для того, чтобы направлять фотоны в резонансную полость. Микромазер можно представить как экспериментальную модель квантовой батареи: энергия хранится в электромагнитном поле, которое заряжается потоком кубитов, последовательно взаимодействующих с ним.

Исследование показало, что микромазеры обладают свойствами, делающими их превосходными моделями квантовых батарей. Одна из особенностей квантовых батарей состоит в том, что электромагнитное поле способно абсорбировать огромные объемы энергии, больше, чем это необходимо. Однако в микромазерах, как показали расчеты, этого не происходит. Электромагнитное поле быстро достигает устойчивого состояния, энергию которого можно определить заранее, при создании микромазера. Это обеспечивает защиту от перегрузок.

Помимо этого, было установлено, что финальная конфигурация электромагнитного поля находится в чистом состоянии, то есть не задействует память кубитов, которые используются в ходе зарядки. Это свойство гарантирует, что вся энергия, сохраненная в батарее, может быть получена обратно, без необходимости отслеживать кубиты, которые используются в ходе процесса зарядки.

Наконец, ученые продемонстрировали, что все положительные свойства системы надежны и не подвержены изменениям условий эксперимента. Все это указывает на то, что микромазеры могут считаться многообещающей платформой для создания квантовых батарей.