বিশ্বের প্রথম কোয়ান্টাম ব্যাটারি প্রোটোটাইপ দ্রুত চার্জ হয় যখন এটি বৃহত্তর হয়

একটি ব্যাটারি যা শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানকে অস্বীকার করে

শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানে, একাধিক ব্যাটারি একসাথে চার্জ করার জন্য হয় অধিক শক্তি বা অধিক সময় প্রয়োজন — চার্জিং হার, কোষের সংখ্যা এবং শক্তি ইনপুটের মধ্যে সম্পর্ক রৈখিক এবং অনিবার্য। Quantum mechanics একটি ভিন্ন সম্ভাবনা প্রদান করে: এমন সিস্টেম যেখানে quantum coherence এবং entanglement শক্তিকে একাধিক ইউনিট জুড়ে সম্মিলিতভাবে সঞ্চয় করতে দেয় যাতে সম্পূর্ণ অংশ তার উপাদানের যোগফলের চেয়ে বেশি দক্ষ হয়। অস্ট্রেলিয়ান গবেষকদের দ্বারা নির্মিত একটি নতুন প্রোটোটাইপ প্রথমবারের মতো একটি বাস্তব ডিভাইসে এই quantum সুবিধা প্রদর্শন করেছে।

মেলবোর্ন বিশ্ববিদ্যালয়, RMIT বিশ্ববিদ্যালয় এবং CSIRO — অস্ট্রেলিয়ার জাতীয় বিজ্ঞান সংস্থা — থেকে সংগৃহীত দল জৈব semiconductor উপকরণ ব্যবহার করে একটি quantum battery তৈরি করেছে যা কক্ষ তাপমাত্রায় quantum coherent শক্তি সঞ্চয় সমর্থন করে। পরীক্ষায়, তারা লক্ষ্য করেছে যে সিস্টেমে আরও বেশি ইউনিট যোগ করা হলে ডিভাইসের চার্জিং হার বৃদ্ধি পায়, একটি ঘটনা যা quantum charging advantage নামে পরিচিত যা তাত্ত্বিক পদার্থবিজ্ঞানীরা ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন কিন্তু কখনও একটি ভৌত প্রোটোটাইপে পর্যবেক্ষণ করা হয়নি।

কোয়ান্টাম চার্জিং সুবিধা ব্যাখ্যা করা হয়েছে

একটি প্রচলিত ব্যাটারিতে, স্বতন্ত্র electrochemical কোষ স্বাধীনভাবে চার্জ হয়। একটি সিস্টেমে আরও বেশি কোষ যোগ করার জন্য আনুপাতিকভাবে আরও বেশি শক্তি ইনপুট এবং সময় প্রয়োজন, কারণ চার্জিং প্রক্রিয়া কোষের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া থেকে উপকৃত হয় না — প্রতিটি কোষ বিচ্ছিন্নভাবে নিজের কাজ করে। প্রদত্ত শক্তি স্তরে মোট চার্জিং সময় কোষের সংখ্যার সাথে রৈখিকভাবে স্কেল করে।

একটি quantum battery quantum mechanical বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে — বিশেষত superposition এবং entanglement — কোষগুলিকে স্বাধীনভাবে নয় বরং সম্মিলিতভাবে চার্জ করার জন্য। চার্জিং চলাকালীন কোষগুলি যখন quantum superposition এ থাকে, শক্তি ক্রমানুসারে নয় বরং পুরো সিস্টেম জুড়ে একযোগে বিতরণ করা যায়। সিস্টেম বড় হওয়ার সাথে সাথে এবং আরও বেশি entanglement চ্যানেল উপলব্ধ হওয়ার সাথে সাথে, এই সম্মিলিত চার্জিং প্রক্রিয়ার দক্ষতা আসলে উন্নত হয়। ফলাফল হল যে একটি বৃহত্তর quantum battery, একই শক্তি ইনপুটে, একটি ছোটটির চেয়ে দ্রুত প্রতি কোষ চার্জ হয় — যা শাস্ত্রীয় পদার্থবিজ্ঞানের পূর্বাভাসের বিপরীত।

জৈব Semiconductors এর ভূমিকা

অস্ট্রেলিয়ান দলের কাজে একটি মূল প্রযুক্তিগত অর্জন হল বিদেশী cryogenic সিস্টেমের পরিবর্তে জৈব semiconductor উপকরণ ব্যবহার করে quantum charging advantage প্রদর্শন করা। Quantum battery এর জন্য পূর্ববর্তী তাত্ত্বিক প্রস্তাবগুলি সাধারণত পরম শূন্যের কাছাকাছি তাপমাত্রায় পরিচালনা অনুমান করেছিল, যেখানে quantum coherence বজায় রাখা সহজ কিন্তু ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলি গুরুতরভাবে সীমিত। জৈব semiconductors কক্ষ তাপমাত্রায় quantum battery অপারেশনের জন্য প্রয়োজনীয় quantum coherent electronic অবস্থা সমর্থন করতে পারে, যা প্রযুক্তিকে বাস্তব-বিশ্ব ডিভাইসের জন্য সম্ভবত ব্যবহারিক করে তোলে।

প্রোটোটাইপে ব্যবহৃত নির্দিষ্ট জৈব semiconductor Frenkel exciton transport সমর্থন করে — একটি ধরনের উত্তেজিত electronic অবস্থা যা উপকরণের আণবিক কাঠামোর মাধ্যমে coherently প্রচার করতে পারে। চার্জিং চলাকালীন এই coherent transport pathway ব্যবহার করার জন্য ডিভাইস ডিজাইন করে, দল ব্যয়বহুল refrigeration অবকাঠামো ছাড়াই একটি সিস্টেমে quantum advantage পর্যবেক্ষণ করতে সক্ষম ছিল।

প্রোটোটাইপ থেকে ব্যবহারিক ডিভাইস পর্যন্ত

বর্তমান প্রোটোটাইপ একটি proof-of-concept, পণ্য-প্রস্তুত প্রযুক্তি নয়। অর্জিত শক্তি ঘনত্ব lithium-ion ব্যাটারির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে কম, এবং ডিভাইস স্থায়িত্ব মূল্যায়নের জন্য হাজার হাজার charge-discharge চক্রের মাধ্যমে পরীক্ষা করা হয়নি। অবিলম্বে গবেষণা এজেন্ডা quantum coherence চার্জিং চলাকালীন কীভাবে বজায় রাখা হয় এবং তাপমাত্রা এবং পরিবেশগত পরিস্থিতি আদর্শ পরীক্ষাগার সেটিং থেকে পরিবর্তিত হওয়ার সাথে ডিভাইস কীভাবে কাজ করে তা বোঝার উপর ফোকাস করবে।

এই গবেষণাকে অনুপ্রাণিত করা সম্ভাব্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে ইলেকট্রনিক্স ডিভাইসের জন্য দ্রুত চার্জিং, electric vehicles এবং গ্রিড storage সিস্টেম যেখানে উচ্চ হারে শক্তি শোষণ করার ক্ষমতা এটি সঞ্চয় করার ক্ষমতা হিসাবে গুরুত্বপূর্ণ। যদি quantum charging advantage ডিভাইস আকার এবং শক্তি ক্ষমতা বৃদ্ধি করার সময় বজায় রাখা যায়, তবে চার্জিং অবকাঠামোর উপর প্রভাব উল্লেখযোগ্য হতে পারে — বিশেষত EV অ্যাপ্লিকেশনের জন্য যেখানে চার্জিং সময় হ্রাস করা সর্বব্যাপী দত্তক গ্রহণের প্রধান বাধাগুলির মধ্যে একটি রয়ে গেছে।

ভৌত স্কেলে তাত্ত্বিক যাচাইকরণ

এই প্রোটোটাইপের তাৎপর্য এর নিকট-মেয়াদী আবেদন সম্ভাবনার বাইরে প্রসারিত। Quantum batteries একাধিক দশক আগে তাত্ত্বিকভাবে প্রস্তাব করা হয়েছিল, এবং একটি কার্যকর ডিভাইস নির্মাণ যা পূর্বাভাসিত quantum advantage প্রদর্শন করে তাত্ত্বিক কাজের একটি শরীরকে বৈধতা দেয় যার জন্য কখনও কখনও প্রশ্ন তোলা হয়েছে যে decoherence রক্ষণাবেক্ষণ সম্পর্কে এর অনুমানগুলি ভৌতভাবে অর্জনযোগ্য কিনা। অস্ট্রেলিয়ান প্রোটোটাইপ এই প্রশ্নের ইতিবাচক উত্তর দেয়, অন্তত একটি পরীক্ষাগার সেটিংয়ে।

এই যাচাইকরণ ক্ষেত্রটিকে ত্বরান্বিত করবে তাত্ত্বিকদের আত্মবিশ্বাস দিয়ে যে quantum battery পদার্থবিজ্ঞান বাস্তব, আদর্শ নয়, এবং ইঞ্জিনিয়ারদের একটি কংক্রিট ডিজাইন ভাষা দিয়ে — জৈব semiconductors যা coherent exciton transport সমর্থন করে — যার উপর পরবর্তী প্রজন্মের পরীক্ষামূলক ডিভাইসগুলি ভিত্তি করতে পারে যা উচ্চ শক্তি ঘনত্ব এবং ব্যবহারিক ফর্ম ফ্যাক্টরগুলিকে লক্ষ্য করে।

এই নিবন্ধটি Interesting Engineering এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধ পড়ুন।