Kuantum Hız Sınırına Ulaştı: Yeni Batarya Klasik Pilleri Solladı

Kuantum mekaniği prensiplerinden yararlanarak klasik cihazlara alternatif oluşturacak şekilde geliştirilen çok sayıda kuantum teknoloji, son yıllarda bilim dünyasında önemli bir yer edindi. Bu teknolojiler, belirli koşullarda klasik muadillerine kıyasla daha üstün performans gösterebilecek potansiyele sahip. Yenilikler arasında yer alan kuantum bataryalar, enerjiyi hem daha verimli depolayabilecekleri hem de çok daha hızlı şarj olabilecekleri iddiasıyla dikkat çekiyor. Ancak bugüne dek geliştirilen pek çok model, klasik bataryalara karşı gerçek bir kuantum avantajı sergileyemedi.

PSL Araştırma Üniversitesi ile Pisa Üniversitesi’nden araştırmacılar, klasik bataryalara karşı üstünlük sağlayabilecek yeni bir kuantum batarya modeli geliştirdi. Physical Review Letters dergisinde yayımlanan çalışmada tanıtılan bu modelin, teorik olarak ulaşılabilecek maksimum hız olan kuantum hız sınırına ulaştığı ifade edildi.

Makalenin yazarları Vittoria Stanzione ve Gian Marcello Andolina, Phys.org’a yaptıkları açıklamada şunları söyledi: “Kuantum bataryalar, enerjiyle ilgili görevlerde klasik muadillerine kıyasla kuantum avantajı sunabilen mikroskobik cihazlardır. Bu araştırma alanı, kuantum bilgi teorisinden doğdu ve dolanıklık gibi kuantum kaynakların şarj gücünü ciddi ölçüde artırabileceğini öngörüyor.”

Araştırma ekibi, daha önce kuantum avantaj sergileyen karmaşık Sachdev–Ye–Kitaev (SYK) modeli üzerinde çalışmıştı. Ancak model, hem çoklu parçacık etkileşimleri nedeniyle deneysel olarak hem de analitik zorlukları nedeniyle teorik olarak oldukça karmaşıktı. Daha önce yapılan çalışmalar, SYK modelinin yalnızca sayısal simülasyonlarla avantaj sunduğunu gösterdi.

Bu kez ekip, şarj gücü açısından kuantum avantajı sergileyebilecek en basit kuantum batarya modelini tanımlamayı hedefledi. Andolina ve Stanzione, geliştirdikleri sistemin iki bağlı harmonik osilatörden oluştuğunu belirtti. Bu osilatörlerden biri "şarj cihazı", diğeri ise "batarya" işlevi görüyor. Asıl farkı yaratan unsur ise şarj süresince devreye giren anharmonik etkileşim oldu. Bu etkileşim sayesinde sistem, klasik sistemlerin erişemeyeceği şekilde dolanık kuantum durumlara geçebiliyor ve enerji aktarımı çok daha hızlı bir şekilde gerçekleşiyor.

Modelin kuantum avantajını titizlikle doğrulamak için araştırmacılar, Barcelona’daki Fotonik Bilimleri Enstitüsü’nden (ICFO) Maciej Lewenstein ve ekibi tarafından tanımlanan teorik sınırları da kullandı ve bu yeni modelin, karşılaştırmalı klasik batarya modeline göre açık bir üstünlük sağladığını ortaya koydu.

Stanzione ve Andolina, “Bildiğimiz kadarıyla bu çalışma, çözülebilir bir modelde gerçek bir kuantum avantajının ilk kez titizlikle belgelenmesini sağlıyor.” diyerek araştırmanın önemini vurguladı. Ayrıca önerilen modelin mevcut deneysel teknolojilerle gerçekleştirilebileceğini belirtti.

Her ne kadar bu kuantum batarya modeli şimdilik yalnızca teorik düzeyde olsa da, bilim insanları yakın gelecekte bunu deneysel olarak gerçekleştirmek için adım atmayı planlıyor. Ekip, bu modelin süperiletken devreler kullanılarak gerçeğe dönüştürülebileceğini değerlendiriyor. Süperiletken devreler, çok düşük sıcaklıklarda sıfır elektriksel direnç gösteren malzemelerle oluşturulan sistemlerdir.

“Gelecekte, deneysel araştırma gruplarıyla iş birliği yaparak bir kavram kanıtlama çalışmasına yönelmeyi planlıyoruz.” diyen araştırmacılar, kuantum bataryaların diğer kuantum teknolojilerle entegre edilerek tam işlevsel hale gelmesinin henüz uzak bir hedef olduğunu da belirtti: “Ancak umuyoruz ki bu çalışma, hem teorik hem de deneysel ilerlemeleri teşvik ederek bu heyecan verici alanda yeni araştırmaların önünü açacaktır.”

‍

‍

‍

‍

Kaynak: https://phys.org/news/2025-07-quantum-battery-theoretical-limit-genuine.html