Pil teknolojisinin kuralları yeniden yazılıyor: Kuantum fiziği

Teknoloji geliştikçe, hayatımız da pek çok yönden gelişmeye başladı.

Artık akıllı bir telefonlara, elektrikli araçlara veya yapay zeka ile üretilmiş farklı ürünlere sahibiz.

Ancak tüm bunları aynı noktada birleştiren ve hepimizi aynı zorlukla yüz yüze bırakan tek bir şey var:

Bataryalar...

Özellikle telefonunuzu sık kullanıyorsanız,  gün içinde kaç defa şarj ettiğinizi düşünün.

Ya da elektrikli aracınızla uzun bir mesafeyi kat etmek için kaç kez durmak zorunda kalacağınızı.

Şimdi teknoloji dünyası, bu engeli yine teknolojiyle aşmaya çalışıyor.

Ancak bu kez kullanılan yöntem, pek de aşina olmadığımız, hatta fizik yasalarını baştan yazan kuantum ile uygulanıyor.

Standart pillerden kuantum pillere dönüşüm

Güney Kore'deki Temel Bilimler Enstitüsü'ndeki ve İtalya'daki Insubria Üniversitesi'ndeki bilim insanlarından oluşan bir ekip, kuantum mekanik sistemi kullanarak bu teknolojiyi gerçekleştirme yolunda atılım yaptı.

Kuantum piller, yüklenen enerjiyi depolamak için bir elektromanyetik alan kullanıyor ve aynı zamanda aşırı şarj riskine karşı koruma sağlıyor.

Mikromaser olarak tanımlanan teknoloji "mükemmel bir kuantum pil modeli" olarak tanımlanıyor.

Şarj süreleri saniyelere inebilir

Kuantum pil teknolojisiyle elektrikli arabaların evde şarj sürelerini 10 saatten 3 dakikaya inebileceği tahmin ediliyor.

Süper şarj istasyonlarında ise bu süre 90 saniyede tamamlanabilir.

Peki kuantum fiziği ile dünyayı gördüğümüz ve tanımladığımız normal fizik arasında nasıl farklar var?

Bu fark teknolojide nasıl kullanılacak ve ne avantaj sağlayacak?

Güney Kore'deki Temel Bilimler Enstitüsü Öğretim Üyesi ve İtalya'daki Insubria Üniversitesi'nde fizik doktorası öğrencisi Vahid Shaghaghi, TRT Haber'e açıkladı.

"Kuantum fiziği, klsik fizikten farklı çalışıyor"

Vahid Shaghaghi'nin tanımına göre, kuantum fiziği, mikroskobik dünyaya ait bir bilim. Klasik fizik, günlük gözlemlerimizin bilimiyken, kuantum fiziği makroskopik dünyanın bilimi .

Kuantum fiziğinin deneysel olarak doğrulanan gerçekliğine göre, tüm nesnelerin dalga benzeri özelliği var. Ancak günlük gözlemlerimizde cisimler kütleli olduğu için bu özelliği gözlemleyemiyoruz.

Yani, katı bir nesneyi sadece katı bir nesne olarak görüyoruz. Ancak bu cisimlerin boyutlarını atom boyutuna indirgemek, buna göre kütlelerini küçültmek, cisimlerin dalga özelliği göstermesine yol açıyor.

Kuantum karmaşık bir kavram; çünkü zihnimiz çevremizi klasik olarak analiz etmeye alışmış.

Örneğin, bir topu aynı anda hem katı hem de dalga olarak hayal edemeyiz çünkü her birinin kendi tanımı vardır ve bu tanımlar klasik fizik yasalarına tabi olan günlük gözlemlerimizden gelir.

"Parçacıkların etkileşimleri inceleniyor"

Kuantum fiziğini klasik fizikten ayıran iki kuantum özelliği; tutarlılık ve dolanıklık.

Tutarlılık, nesnelerin dalga benzeri davranışlarından kaynaklanır. Dolanıklık ise, nesneler arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır.

Örneğin, günlük gözlemlerimizden bildiğimiz gibi, iki top çarpışırsa, çarpışmadan sonra toplardan birine yapılan herhangi bir hareketin diğer topu etkilememesi anlamında her bir durumu bağımsız olarak ele alabiliriz.

Ancak mikroskobik incelemede sonuç tamamen farklıdır, toplardan birinin davranışındaki herhangi bir değişiklik diğer topun davranışını da etkileyecektir.

Teknik dilde, kuantumda, parçacıklar birbirleriyle etkileşime girdiğinde dolanık hale geldiklerini, özelliklerinin birbirinden bağımsız olmadığını söylüyoruz.

Kuantumun pillere uygulanmasıyla ilgili olarak, bu kuantum özelliklerin kuantum pillerin makroskopik pillere (piyasadaki mevcut piller) üstünlüğünü gösterip gösteremeyeceği gibi soruları yanıtlamakla ilgileniyoruz.

Yani kuantum teknolojisinde standart mekanik yerine dalga mekaniği kullanılıyor.

Kuantum pillerin sağlamlığını konuşmak için çok erken

Shaghaghi ve ekibinin araştırmasına göre teorik sonuçlar, kuantum özelliklerinin şarj süresini artırabileceğini ortaya koyuyor.

Ancak, bu üstünlüğü göstermek için kuantum özelliklerini kullanabilmek ve uygulayabilmek gerekiyor.

Bu görev, kuantum teknolojilerindeki ana zorluklardan biri.

Kuantum pillerin alanı yeni ve sağlamlık hakkında konuşmak için çok erken.

Kuantum piller hangi alanlarda kullanılacak?

Uluslararası basında kauntum pillerin özellikle sık kullandığımız telefonlarda ya da uzun sürede şarj edilebilen elektrikli araç bataryalarında kullanılabileceği haberleri yer aldı.

Shaghaghi'ye göre pillerin günlük hayatımızdaki rolü, kuantum pillerde de geçerli olacak.

Örneğin dizüstü bilgisayarlar, arabalar, saatler vb. elektrik üretim merkezlerine bağlanmadan çalışıyor. Güçleri pillerle sağlanıyor.

Şimdi, bu makinelerin tüm öğeleri kuantum yasalarına göre çalışıyorsa, güç sağlayıcılarının da kuantum pilleri olacak gibi düşünülebilir.

Özetle, kuantum pillerin kuantum teknolojileri ile uğraşan her sektöre uygulanabilir.

İklim değişikliği ile mücadele kullanılan kaynağa bağlı

Kuantum bataryalarla ilgili en büyük ümitlerden biri de iklim değişikliğiyle mücadelede etkili bir kaynak olabilmesi umudu.

Tek kullanımlık piller atmosfere zararlı kimyasallar salarak hava kirliliğine neden oluyor.

Bu etkileri azaltmak için pilleri şarj etmek için güneş panelleri veya rüzgar türbinleri gibi temiz enerji kaynaklarını kullanabiliriz.

Shaghaghi'ye göre kilit soru şu: Kuantum pilleri şarj etmek için ne tür enerji kaynakları kullanılacak?

Bilim insanı, bu soruyu yanıtlamanın kuantum piller için çok erken olduğunu düşünüyor.

Ancak araştırmacıların kuantum pillerin üstünlüğüne ulaşmaya odaklandığını vurguluyor.

Yani araştırmaların odağında iklim endişesi değil, pazar üstünlüğüne ulaşmak var.

Pillerin piyasaya ne zaman sürüleceği belli değil

Kuantum pillerin ne zaman piayasaya sürüceleğine dair bir tahmini olmadığını söyleyen Shaghaghi, "Bu soru zorlayıcı ve tahmin edilemez bir soru. Bugünlerde sonuçlar çoğunlukla kağıt üzerinde ve piyasa hakkında konuşmak için çok erken.

Bu arada, bilimin son on yılda katlanarak büyüdüğünü vurgulamalıyım; yani yakın gelecekte nelerin mümkün olabileceğini kim bilebilir?" diyor. 

Özetle kuantum bataryalar, daha hızlı, daha uzun ömürlü ve daha güvenli piller vaat ediyor.

En nihai amaç ise hiç bitmeyen piller üretmek.

Ancak bu teknolojinin gezegene kötü etkileri, şuan araştırmacıların kaygı listesinde yer almıyor.

Yazar hakkında

İran'lı Vahid Shaghaghi, İtalya'daki Insubria Üniversitesi'nde fizik doktorası öğrencisi.

Şu anda Güney Kore'deki Temel Bilimler Enstitüsü'nde (IBS) misafir Öğretim Üyesi.

Geniş araştırma alanı, kuantum biliminde termodinamik yasalarının formülasyonuna özel olarak odaklanan kuantum termodinamiği.

Ek olarak, mikroskobik alanda çalışan ısı motorları ve piller tasarlama olasılığı ile ilgili soruları yanıtlamakla ilgileniyor.