Nabíjení kvantové baterie s neurčitou kauzalitou. Kredit: Chen et al. (2023), CC BY-ND 4.0.

Kauzalita, jak ji známe z každodenní zkušenosti, je tak trochu nudný patron. Cokoliv se stane, tedy následek, má vždy nejprve nějakou příčinu. Upustíte sklenici a sklenice se rozbije. Nikdy v opačném pořadí. Jenomže říše kvant má svoje vlastní pravidla, která se často rozcházejí s naší zkušeností. Následek vždycky nemusí následovat po příčině.

Yoshihiko Hasegawa. Kredit: University of Tokyo.

Japonsko-čínský tým to dokázal využít při nabíjení kvantových baterií. Takové baterie se objevily již dříve. Mohou se navzájem lišit, ale v podstatě máte jistotu, že využívají nějakou kvantovou podivnost. Yoshihiko Hasegawa z University of Tokyo a jeho spolupracovníci šikovně využili toho, že kauzalita je v kvantové mechanice řekněme více funky.

Jak upozorňují badatelé, soudobé baterie pro běžnou elektroniku, jako jsou třeba chytré telefony nebo různé senzory, obvykle využívají k uchování elektrické energie chemické látky, jako lithium. Kvantové baterie oproti tomu využívají nepatrné částice, jako soustavy atomů.

Experimentální systém. Kredit: Zhu et al. (2023), CC BY-ND 4.0.

Pokud jde o kauzalitu, v klasické fyzice je lineární. Příčina vede k následku a šmytec. Kvantová mechanika to ale vidí poněkud jinak. Hasegawa a spol. využili kvantový koncept neurčité kauzality (ICO, Indefinite causal order) k nabíjení kvantových baterií. Jejich systém byl sice reálný, ale vysoce experimentální. Kvantovou baterii představovaly lasery, optické čočky a zrcadla.

Nabíjení takové kvantové baterie obvykle vyžaduje proces s více kroky, které následují po sobě v lineárním pořadí. Hasegawův tým do toho ale vpustil neurčitou kauzalitu. Uvedli celý systém do stavu kvantové superpozice a pak najednou následek následoval po příčině a současně také příčina následovala po následku. V takové situaci bylo možné provést různé kroky procesu nabíjení současně.

Vědci si pochvalují, že nabíjení s neurčitou kauzalitou významně vylepšilo fungování kvantové baterie. Uložila mnohem více energie a pracovala mnohem efektivněji. Zároveň vyšel najevo pozoruhodný jev, který patří k těm, co odporují „zdravému rozumu.“ Nabíječka s nižším výkonem může při neurčité kauzalitě poskytnout kvantové baterii vyšší energii s větší účinností než srovnatelná výkonnější nabíječka. Kvantové baterie jsou zatím jen v laboratořích, ale až se z nich jednou dostanou, rozhodně to nebude nuda.

Video: Indefinite causal order in quantum mechanics, Ognyan Oreshkov

Video: TiQT23, Yoshihiko Hasegawa: Thermodynamic Uncertainty Relations In Quantum Systems

Literatura

New Atlas 17. 12. 2023.

Physical Review Letters 131: 240401.