Cho dù đó là quang điện hay nhiệt hạch, sớm hay muộn, nền văn minh nhân loại phải chuyển sang năng lượng tái tạo. Điều này được coi là không thể tránh khỏi, xét đến nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của nhân loại và bản chất hữu hạn của nhiên liệu hóa thạch. Nhiều nghiên cứu đã được theo đuổi nhằm phát triển các nguồn năng lượng thay thế, hầu hết trong số đó sử dụng điện làm chất mang năng lượng chính. R&D mở rộng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo đã đi kèm với những thay đổi xã hội dần dần khi thế giới áp dụng các sản phẩm và thiết bị mới chạy bằng năng lượng tái tạo. Sự thay đổi nổi bật nhất là sự áp dụng nhanh chóng của các loại xe điện. Mặc dù chúng hiếm khi được nhìn thấy trên các con đường, thậm chí 10 năm trước đây, nhưng hiện nay, hàng triệu chiếc ô tô điện đang được bán ra mỗi năm. Thị trường ô tô điện là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh chóng nhất.
Không giống như ô tô truyền thống, lấy năng lượng từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hydrocacbon, xe điện dựa vào pin làm phương tiện lưu trữ năng lượng của chúng. Trong một thời gian dài, pin có mật độ năng lượng thấp hơn nhiều so với mật độ năng lượng được cung cấp bởi hydrocacbon, dẫn đến phạm vi hoạt động của các loại xe điện đời đầu rất thấp. Tuy nhiên, sự cải tiến dần dần trong công nghệ pin cuối cùng đã cho phép phạm vi truyền động của ô tô điện nằm trong mức chấp nhận được so với ô tô chạy bằng xăng. Không thể phủ nhận rằng sự cải tiến trong công nghệ lưu trữ pin là một trong những điểm nghẽn kỹ thuật chính cần được giải quyết để khởi động cuộc cách mạng xe điện hiện nay.
Tuy nhiên, bất chấp những cải tiến vượt bậc trong công nghệ pin, người tiêu dùng xe điện ngày nay phải đối mặt với một khó khăn khác: tốc độ sạc pin chậm. Hiện tại, ô tô mất khoảng 10 giờ để sạc đầy tại nhà. Ngay cả những bộ tăng áp nhanh nhất tại các trạm sạc cũng cần đến 20 đến 40 phút để sạc đầy cho các phương tiện. Điều này tạo thêm chi phí và sự bất tiện cho khách hàng.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã tìm kiếm câu trả lời trong lĩnh vực vật lý lượng tử. Cuộc tìm kiếm của họ đã dẫn đến phát hiện ra rằng công nghệ lượng tử có thể hứa hẹn những cơ chế mới để sạc pin với tốc độ nhanh hơn. Công nghệ pin lượng tử lần đầu tiên được đề xuất trong một bài báo do Alicki và Fannes xuất bản vào năm 2012. Người ta đưa ra giả thuyết rằng các nguồn lượng tử, chẳng hạn như sự vướng víu, có thể được sử dụng để tăng tốc đáng kể quá trình sạc pin bằng cách sạc đồng thời tất cả các tế bào bên trong pin trong một cách thức tập thể.
Điều này đặc biệt thú vị, vì pin dung lượng cao, hiện đại có thể chứa nhiều tế bào. Không thể sạc tập thể như vậy trong pin cổ điển, trong đó các tế bào được sạc song song độc lập với nhau. Lợi thế của việc sạc tập thể so với sạc song song này có thể được đo lường bằng tỷ lệ được gọi là lợi thế sạc lượng tử. Vào khoảng năm 2017, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng có thể có hai nguồn tiềm ẩn đằng sau lợi thế lượng tử này - đó là hoạt động toàn cầu (trong đó tất cả các tế bào nói chuyện với tất cả những người khác đồng thời, tức là "tất cả ngồi ở một bàn") và khớp nối tất cả với tất cả ( tức là "nhiều cuộc thảo luận, nhưng mỗi cuộc thảo luận chỉ có hai người tham gia"). Tuy nhiên, vẫn chưa rõ liệu cả hai nguồn này có cần thiết hay không và liệu có bất kỳ giới hạn nào đối với tốc độ sạc có thể đạt được hay không.
Gần đây, các nhà khoa học từ Trung tâm Vật lý Lý thuyết về Hệ thống Phức tạp thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) đã khám phá thêm những câu hỏi này. Bài báo, được chọn làm Đề xuất biên tập trên tạp chí Physical Review Letters, đã chỉ ra rằng khớp nối tất cả với tất cả là không liên quan trong pin lượng tử và rằng sự hiện diện của các hoạt động toàn cầu là thành phần duy nhất tạo nên lợi thế lượng tử. Nhóm đã đi xa hơn để xác định nguồn gốc chính xác của lợi thế này trong khi loại trừ bất kỳ khả năng nào khác và thậm chí cung cấp một cách rõ ràng để thiết kế loại pin như vậy.
Ngoài ra, nhóm đã có thể định lượng chính xác tốc độ sạc có thể đạt được trong sơ đồ này. Trong khi tốc độ sạc tối đa tăng tuyến tính với số lượng tế bào trong pin cổ điển, nghiên cứu chỉ ra rằng pin lượng tử sử dụng hoạt động toàn cầu có thể đạt được quy mô bậc hai về tốc độ sạc. Để minh họa điều này, hãy xem xét một chiếc xe điện điển hình có pin chứa khoảng 200 cell. Sử dụng cách sạc lượng tử này sẽ dẫn đến tốc độ tăng gấp 200 lần so với pin cổ điển, có nghĩa là thời gian sạc tại nhà sẽ giảm từ 10 giờ xuống còn khoảng 3 phút. Tại các trạm sạc tốc độ cao, thời gian sạc sẽ giảm từ 30 phút xuống chỉ còn vài giây.
Các nhà nghiên cứu nói rằng hậu quả là rất sâu rộng và tác động của sạc lượng tử có thể vượt xa ô tô điện và thiết bị điện tử tiêu dùng. Ví dụ, nó có thể tìm thấy những công dụng chính trong các nhà máy điện nhiệt hạch trong tương lai, vốn đòi hỏi một lượng lớn năng lượng được sạc và xả ngay lập tức. Tất nhiên, các công nghệ lượng tử vẫn còn sơ khai và còn một chặng đường dài trước khi những phương pháp này có thể được triển khai trên thực tế. Tuy nhiên, những phát hiện nghiên cứu như vậy sẽ tạo ra một hướng đi đầy hứa hẹn và có thể khuyến khích các cơ quan tài trợ và doanh nghiệp đầu tư hơn nữa vào các công nghệ này.
https://phys.org/news/2022-03-quantum-technology-electric-cars-fast.html
