지난 20월 XNUMX일 양자물리학 전문가인 제임스 콰크 박사가 양자전지의 실용화를 위한 객원연구원으로 호주 애들레이드 대학교에 합류했다.

Quark 박사는 멜버른 대학교를 졸업하고 각각 도쿄 대학교와 멜버른 대학교에서 연구원으로 근무했습니다. 양자 배터리는 이론적으로 순간 충전이 가능한 슈퍼 배터리입니다. 이 개념은 2013년에 처음 제안되었습니다.

연구에 따르면 충전 과정에서 얽히지 않은 양자와 비교하여 얽힌 양자는 저에너지 상태와 고에너지 상태 사이에서 더 짧은 거리를 이동합니다. 큐비트가 많을수록 얽힘이 더 강해지고 발생하는 “양자 가속”으로 인해 충전 프로세스가 빨라집니다. 1큐비트를 충전하는 데 1시간이 걸린다고 가정하면 6큐비트는 10분이면 충분합니다.

Quark 박사는 “10,000 큐비트가 있으면 XNUMX초 이내에 완전히 충전될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

양자 물리학은 원자 및 분자 수준에서 운동 법칙을 연구하므로 일반 물리학은 양자 수준에서 입자 운동 법칙을 설명할 수 없습니다. “비정상적”으로 들리는 양자 배터리는 실현되는 양자의 특별한 “얽힘”에 달려 있습니다.

양자 얽힘은 여러 입자를 서로 사용하여 각 입자의 특성이 전체 성질에 통합되어 있기 때문에 각 입자의 성질을 개별적으로 기술하는 것이 불가능하고 전체 시스템의 성질만을 기술한다는 사실을 말합니다.

“(양자) 얽힘 때문에 배터리 충전 속도를 높일 수 있습니다.” 쿼크 박사가 말했다.

그러나 양자 배터리의 실제 적용에는 양자 결맞음(quantum decoherence)과 저전력 저장이라는 두 가지 알려진 미해결 문제가 있습니다.

양자 얽힘은 환경, 즉 저온 및 고립된 시스템에 대한 요구 사항이 매우 높습니다. 일반적인 양자 시스템은 고립된 시스템이 아니며, 그렇게 오랜 시간 동안 양자 상태를 유지하는 것은 불가능합니다. 이러한 조건이 변경되는 한 양자 및 외부 환경이 사용되며 양자 결맞음, 즉 “디코히어런스(decoherence)” 효과가 약화되어 양자 얽힘이 사라집니다.

2015년 이탈리아 물리학자 존 굴드(John Gould)는 양자 배터리의 에너지 저장과 관련하여 다음과 같이 말했습니다. 우리는 그것이 시스템을 입력하고 있다는 것을 이론적으로 증명했습니다. 에너지에 관해서는 양자 물리학이 가속을 가져올 수 있습니다.”

아직 풀어야 할 문제가 많다고 해도 쿼크 박사는 여전히 양자전지의 실용화에 자신이 있다. 그는 “대부분의 물리학자들은 양자 배터리가 ‘한 번에 얻을 수 있는’ 응용 기술이라고 생각하면서 나와 같은 생각을 해야 한다”고 말했다.

쿼크 박사의 첫 번째 목표는 양자 배터리 이론을 확장하고, 실험실에서 양자 얽힘에 유리한 환경을 구축하고, 최초의 양자 배터리를 만드는 것입니다.

성공적으로 실용화되면 양자 배터리는 휴대폰과 같은 소형 전자 장치에 사용되는 기존 배터리를 대체할 것입니다. 충분한 용량의 양자 전지가 생산될 수 있다면 신에너지 자동차와 같은 재생 에너지로 구동되는 대규모 장비에 사용될 수 있습니다.