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Efeitos quânticos para carregamento rápido da bateria

01.06.2017

Uma equipe internacional de cientistas fez estudos teóricos, cujos resultados mostraram que uma matriz composta por baterias recarregáveis de tamanho nano pode ser carregada muito mais rápido do que cada bateria individualmente. Esse fenômeno é resultado das chamadas interações quânticas coletivas, que formam a base de um campo relativamente novo - a termodinâmica quântica. Esta área trata do estudo de como os efeitos quânticos afetam as leis da física tradicional que determinam quantidades tão fundamentais como energia, trabalho, etc.

A grande maioria dos estudos relacionados ao uso prático dos fenômenos da mecânica quântica são voltados para a transferência de informação quântica e seu processamento nas profundezas dos sistemas de computação quântica desenvolvidos. E apenas em casos isolados há estudos demonstrando as vantagens do uso de efeitos quânticos em outras áreas, em especial, na termodinâmica. Só recentemente foi mostrado como o fenômeno do emaranhamento quântico pode permitir que mais trabalho seja feito usando energia extraída de um único dispositivo em nanoescala, uma espécie de "bateria quântica".

Em novas pesquisas, os cientistas mostraram que os fenômenos quânticos não apenas permitem um uso mais eficiente da energia, mas também podem aumentar a capacidade e diminuir o tempo de carga das baterias quânticas mencionadas. Além disso, esse processo não requer a presença de emaranhamento quântico, embora isso exija uma série de condições necessárias para criar o emaranhamento quântico.

"Nós demonstramos que é bem possível organizar uma interação quântica entre dois ou grandes corpos sem envolver o emaranhamento quântico nesse fenômeno", escrevem os pesquisadores da Monash University, na Austrália. "

A vantagem quântica proporcionada pelas interações também tem seus limites, que determinam o tempo mínimo possível para carregar baterias devido aos efeitos quânticos. O principal fator limitante é o fator da velocidade quântica, a velocidade máxima dos processos quânticos, que determina tanto os limites dos processos termodinâmicos quânticos quanto a velocidade dos futuros computadores quânticos.

"Bits quânticos, os qubits de computadores quânticos que são íons ou átomos, também podem ser pensados como pequenas baterias quânticas às quais nossa pesquisa pode ser aplicada", escrevem os pesquisadores. Vantagem quântica em sistemas com um número finito de corpos envolvidos sempre que possível .Isso, por sua vez, pode levar a toda uma gama de tecnologias fantásticas, desde pequenas baterias comparáveis em capacidade a baterias grandes, nanomáquinas capazes de realizar grandes quantidades de trabalho e muito mais.

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Energia do espaço para Starship 08.05.2024

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Novo método para criar baterias poderosas 08.05.2024

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Novo processador de baixo custo oferece vídeo 1000x mais rápido 17.08.2013

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Michigan, nos EUA, liderados pelo professor Wei Lu, começou a desenvolver um chip projetado para processar dados de vídeo. O objetivo dos cientistas é fazer com que o processador processe vídeo mil vezes mais rápido do que as soluções atuais, consumindo 10 vezes menos energia elétrica, segundo a Phys.org.

De acordo com Lou, existem tantos sistemas de vigilância por vídeo no mundo hoje que em breve chegará um ponto em que os sistemas de computação existentes não serão mais capazes de acompanhar a quantidade de dados de vídeo gerados. "Planejamos criar um sistema que seja capaz de fazer isso", disse o cientista.

O chip, que os cientistas americanos começaram a desenvolver, é caracterizado como um "processador com uma rede neural adaptativa auto-organizada". Essa rede será feita de transistores padrão, além de novos elementos chamados memristores. Um memristor é um resistor de memória cujo valor de resistência depende de quanta corrente foi passada anteriormente pelo elemento. O novo chip será capaz de aprender e processar um grande número de sinais em paralelo, dizem os cientistas.

Em vez de processar a imagem pixel a pixel, como é feito hoje, a rede neural vai "olhar" a imagem inteira e identificar estruturas não sistemáticas nela por meio de inferência lógica.

“A ideia se baseia na premissa de que a maioria das informações do vídeo é ruído”, explica Lu. “Em vez de processar e transmitir todo esse ruído, uma rede neural adaptativa será capaz de isolar informações importantes e reconstruir a imagem com base em parte dos dados”.

O trabalho acontecerá em duas etapas. No primeiro estágio, os cientistas planejam usar memristores como memória, além das conexões convencionais, para equipar o chip com um mecanismo de autoaprendizagem. Na segunda etapa, está previsto substituir as junções dos circuitos elétricos tradicionais por memristores, ou seja, fazer sinapses deles, criando um análogo do cérebro de um ser vivo.

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