Ứng dụng công nghệ lượng tử giúp tốc độ sạc pin tăng gấp 200 lần

Theo vnexpress, những cải tiến vượt bậc trong công nghệ pin giúp người lái xe điện ngày nay có thể đi được những quãng đường dài. Tuy nhiên, họ vẫn phải đối mặt với một khó khăn lớn là tốc độ sạc pin chậm. Xe điện thường mất khoảng 10 tiếng để sạc đầy tại nhà và từ 20 - 40 phút với những bộ sạc siêu nhanh tại các trạm sạc. Điều này khiến người dùng cảm thấy bất tiện và tốn thêm chi phí.

Các nhà khoa học đã phát hiện công nghệ lượng tử có thể hứa hẹn những cơ chế mới giúp sạc pin nhanh hơn. Công nghệ pin lượng tử được đề xuất lần đầu tiên trong một nghiên cứu xuất bản năm 2012 của hai nhà khoa học Robert Alicki và Mark Fannes. Giả thuyết đặt ra là các tài nguyên lượng tử, ví dụ rối lượng tử, có thể dùng để tăng tốc đáng kể quá trình sạc pin bằng cách sạc tất cả tế bào (cell) trong pin cùng lúc theo kiểu tập hợp.

Pin lượng tử hoạt động dựa trên nguyên lý Cơ học lượng tử. Trạng thái rắn có cấu trúc nano của vật chất trong đó các electron hấp thụ photon và trở nên ổn định. Ở trạng thái này, các hạt có thể giữ năng lượng và ở trong thiết bị trong một thời gian không xác định. Sau đó năng lượng này có thể được sử dụng để tạo ra pin lượng tử.

Với loại sạc thông thường, ta chỉ sạc được một phần các cell Pin khi kết nối chúng với các trạm sạc. Nhưng với các trạm sạc lượng tử, tất cả các tế bào lượng tử của Pin đều được sạc cùng một lúc. Một chiếc xe điện điển hình có pin gồm khoảng 200 tế bào, việc sử dụng công nghệ sạc lượng tử sẽ giúp tăng tốc 200 lần so với pin truyền thống, đồng nghĩa thời gian sạc tại nhà giảm từ 10 tiếng xuống còn khoảng 3 phút và tại các trạm sạc tốc độ cao, thời gian sạc sẽ giảm từ 30 phút xuống chỉ còn 9 giây.

Năm 2017, các nhà nghiên cứu nhận thấy có thể có hai nguyên nhân đằng sau lợi thế lượng tử này. Đó là vận hành toàn cầu (trong đó mọi tế bào trao đổi với tất cả các tế bào khác cùng lúc, giống như mọi người ngồi chung một bàn trong cuộc thảo luận) và ghép cặp toàn bộ (nhiều cuộc thảo luận diễn ra, nhưng mỗi cuộc chỉ có hai người). Tuy nhiên, giới chuyên gia khi đó chưa rõ liệu có phải cả hai điều này đều cần thiết và liệu có giới hạn về tốc độ sạc tối đa hay không.

Các nhà khoa học tại Trung tâm Vật lý Lý thuyết về các Hệ thống Phức tạp thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS), Hàn Quốc, tìm hiểu thêm về những câu hỏi này và nhận được một số đáp án. Nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters hôm 21/3.

Theo đó, ghép cặp toàn bộ không liên quan đến pin lượng tử và sự hiện diện của vận hành toàn cầu là yếu tố duy nhất trong lợi thế lượng tử. Nhóm nghiên cứu tiếp tục chỉ ra nguồn gốc chính xác của lợi thế này, loại trừ các khả năng khác, thậm chí đề xuất một phương pháp thiết kế dạng pin như vậy.

Nhóm nghiên cứu cũng định lượng tốc độ sạc có thể đạt được nhờ công nghệ mới. Trong khi tốc độ sạc tối đa tăng tuyến tính theo số lượng tế bào trong pin truyền thống, nghiên cứu mới cho thấy pin lượng tử ứng dụng vận hành toàn cầu có thể khiến tốc độ sạc tăng bình phương.

Có thể xem ngành công nghiệp tính toán lượng tử đang ở giai đoạn sơ khai, nhưng tiềm năng của nó là vô cùng lớn. Ngành công nghiệp lượng tử được tin là sẽ thống trị tương lai với sự ra đời của mạng thông tin liên lạc lượng tử có khả năng bảo mật gần như tuyệt đối, các cảm biến lượng tử với độ nhạy và chính xác siêu  cao, các siêu máy tính lượng tử… Công nghệ lượng tử cũng sẽ nắm giữ chìa khóa của internet vạn vật (IoT) hay trí tuệ nhân tạo (AI).

Lê Chính (t/h)