量子コンピュータに内蔵された急速充電量子電池

量子バッテリーが量子コンピューター内で作成され、そのようなバッテリーが将来の量子技術に電力を供給する役割を果たすことができるかどうかを判断するための最初のステップとなりました。

従来の電池は、その構成要素が電気化学反応を起こすときにエネルギーを蓄えますが、量子電池は、量子状態が変化する量子ビット、つまり量子ビットに依存しています。いくつかの研究では、このように量子性を利用することでより高速な充電が可能になる可能性があることが示されていますが、量子電池の実用性と有用性については未解決の疑問が残っています。

中国合肥国立研究所のディアン・タン氏は、「将​​来の量子技術の多くは量子バージョンの電池を必要とするだろう」と語る。 「量子計算、通信、センシングの開発では大きな進歩が見られましたが、これらの量子システムのエネルギー貯蔵メカニズムは十分に研究されていません。」

タン氏と同僚は、マイクロ波で制御できる小さな超伝導回路で作られた 12 量子ビットを使用してバッテリーを作成しました。各量子ビットはバッテリーセルの役割を果たし、最も近い隣接ビットとも相互作用しました。

研究者らはこれらの相互作用を制御できるため、2 つの異なる充電プロトコルを実験しました。 1 つは従来の、または古典的なバッテリーの充電方法を模倣したため、これらの量子相互作用を使用しませんでしたが、もう 1 つのプロトコルは使用しました。研究チームは、量子ビット間の量子相互作用を使用すると、バッテリーが平均してより速くより多くの電力を得ることができることを発見しました。

スペイン国立研究評議会のチームメンバーであるアラン・サントス氏は、「量子電池は従来の充電電力の2倍の最大電力を達成します」と語る。同氏は、これは各量子ビットが最も近い量子ビットと相互作用する場合にのみ機能することが重要であると述べている。これは超伝導量子コンピューターの標準であり、これらの有利な相互作用をエンジニアリングするのは実際には困難だからである。

オーストラリア連邦科学産業研究機構のジェームス・クアック氏は、これまで、たとえば量子電池の充電実験では、既存の量子デバイスのコンポーネントではなく分子を使用してきたと述べている。クアック氏らは以前、量子電池を搭載した量子コンピュータはより効率的で大型化が容易で、より強力になる可能性があると理論立てていた。 「これは私たちが最近提案した理論的なアイデアですが、新しい研究は実際に将来の量子コンピューターを強化するための基礎として使用できる可能性があります」と彼は言います。

しかし、チェコ共和国のカレル大学のドミニク・サフラネク氏は、従来型電池と量子電池を正確に比較するのは難しいと語る。彼の見解では、測定された量子電池の利点を明らかに有用なデバイスに変換する明確な方法はありません。

シンガポール工科デザイン大学のカバン・モディ氏は、最も近い隣接量子ビットとのみ相互作用する量子ビットの場合、彼のチームの数学的研究は、充電の利点はわずかしかなく、ノイズが多い量子ビット制御や遅い量子ビット制御など、実際の量子コンピューターの他の特性によって簡単に打ち消される可能性があることを示していると述べています。

また、量子コンピューターは従来のコンピューターよりもエネルギー的にはるかに高価な可能性があるため、より大型の量子コンピューターを構築するには、量子コンピューター内でエネルギーがどのように伝達されるかを研究することが必要になる可能性があるとモディ氏は言う。

タン氏は、量子コンピューターなどの量子技術のエネルギー貯蔵が、チームの量子電池の理想的な使用例であると考えていると述べています。研究者らは現在、バッテリーを量子ビットベースの量子熱エンジンと組み合わせて、量子コンピューター内のバッテリーに保存できるエネルギーを生成したいと考えている。