কার্যকরী কোয়ান্টাম ব্যাটারির ধারণাটি তত্ত্ব থেকে পরীক্ষাগারে চলে এসেছে । একদল অস্ট্রেলীয় গবেষক এমন একটি সম্পূর্ণ প্রোটোটাইপ তৈরি করতে সফল হয়েছেন, যা নিয়ন্ত্রিত উপায়ে চার্জ, শক্তি সঞ্চয় এবং তা নির্গত করতে সক্ষম। এখন পর্যন্ত এই বিষয়টি কেবল কাগজে-কলমে বা আংশিক প্রদর্শনের মাধ্যমেই অন্বেষণ করা হয়েছিল। এই অগ্রগতি শক্তি সঞ্চয়কে বোঝার একটি নতুন পথের দ্বার উন্মোচন করেছে, যা আমাদের দৈনন্দিন ব্যবহৃত চিরাচরিত রাসায়নিক ব্যাটারি থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন।
এই উদ্ভাবনটিকে যা বিশেষভাবে চমকপ্রদ করে তুলেছে তা হলো, ডিভাইসটি যত বড় হয়, ব্যাটারির কার্যক্ষমতা তত উন্নত হয় , যা প্রচলিত ব্যাটারির ক্ষেত্রে ঘটে তার বিপরীত। এই প্রযুক্তি কোয়ান্টাম মেকানিক্সের সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্টের মতো ঘটনার উপর নির্ভর করে অতি-দ্রুত চার্জিং অর্জন করে, যা সম্ভাব্যভাবে তারবিহীনভাবে এবং দূর থেকে করা সম্ভব। এর কার্যকারিতা যদি আরও বাড়ানো যায়, তবে তা বর্তমান লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলোকে অপ্রচলিত করে তুলতে পারে।
কোয়ান্টাম ব্যাটারি বলতে ঠিক কী বোঝায়?
বিস্তারিত আলোচনার আগে, একটি ব্যাটারি কোয়ান্টাম হওয়ার অর্থ কী, তা বোঝা জরুরি। প্রচলিত ব্যাটারিগুলো তাদের কোষের মধ্যে তড়িৎ-রাসায়নিক বিক্রিয়ার মাধ্যমে শক্তি সঞ্চয় করে , কিন্তু একটি কোয়ান্টাম ব্যাটারি স্থিতিশক্তি সঞ্চয়ের জন্য কণার (যেমন পরমাণু বা অণু) কোয়ান্টাম অবস্থা ব্যবহার করে। এই কণাগুলো উচ্চতর শক্তিস্তরে উত্তেজিত হলে শক্তি "সঞ্চিত" হয় এবং পরবর্তীতে তা নিয়ন্ত্রিত উপায়ে নির্গত হয়।
কঠোরভাবে বলতে গেলে, কোনো ব্যাটারিই সরাসরি বিদ্যুৎ সঞ্চয় করে না , বরং স্থিতিশক্তি সঞ্চয় করে যা পরবর্তীতে বিদ্যুৎ বা অন্য কোনো ধরনের দরকারি কাজে রূপান্তরিত হয়। মোবাইল ফোনের লিথিয়াম ব্যাটারি থেকে শুরু করে দালান বা উঁচু কাঠামোর শক্তি কাজে লাগানোর মাধ্যাকর্ষণ-ভিত্তিক ব্যবস্থা পর্যন্ত, এ সবই কাজ করার এই ক্ষমতা সঞ্চয় করে এবং প্রয়োজনে তা মুক্ত করে কাজ করে। কোয়ান্টাম ব্যাটারি এই সাধারণ নীতিকে পরিবর্তন করে না, কিন্তু এটি কীভাবে প্রয়োগ করা হয় তা পরিবর্তন করে।
এর মূল সাফল্যটি নিহিত রয়েছে এই সত্যে যে, কোয়ান্টাম ব্যাটারি সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্টের মতো কোয়ান্টাম বলবিদ্যার ঘটনাগুলোকে কাজে লাগায় । একটি ইলেকট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে আয়নের ধীর গতির চলাচলের উপর নির্ভর করার পরিবর্তে, এটি সম্মিলিত কোয়ান্টাম অবস্থা ব্যবহার করে যা আগত শক্তির সাথে, যেমন লেজার থেকে নির্গত আলোর সাথে, অনেক দ্রুত মিথস্ক্রিয়া করতে সক্ষম করে।
প্রচলিত ব্যাটারির সাথে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্য হলো, কোয়ান্টাম ব্যাটারির অভ্যন্তরীণ সঞ্চয় ইউনিটগুলো স্বাধীনভাবে কাজ করে না । পৃথক কোষ হিসেবে কাজ করা তো দূরের কথা, এদের আচরণ দৃঢ়ভাবে পরস্পর সম্পর্কযুক্ত: পুরো সিস্টেমটি একসঙ্গেই চার্জ হয় ও বিকশিত হয়, যার ফলে এমন সম্মিলিত প্রভাব সৃষ্টি হয় যা প্রচলিত ইলেকট্রনিক্সে দেখা যায় না।
এর মানে হলো, ব্যাটারি গঠনকারী কোয়ান্টাম ইউনিটের সংখ্যা বাড়ানোর মাধ্যমে শুধু এর ধারণক্ষমতাই বাড়ে না, বরং চার্জ হওয়ার সময়ও কমে যায় । অন্য কথায়, একটি বড় কোয়ান্টাম ব্যাটারি চার্জ হতে বেশি সময় নেয় না, বরং কম সময় নেয়—যা বর্তমানে আমরা যে প্রযুক্তিগুলো ব্যবহার করি তার আচরণের সম্পূর্ণ বিপরীত।
প্রথম কার্যকরী প্রোটোটাইপ: এই যুগান্তকারী সাফল্যের পেছনে কারা আছেন
অন্যান্য দেশের বিজ্ঞানীদের সহযোগিতায় অস্ট্রেলীয় গবেষকদের একটি দল এই মাইলফলকটি অর্জন করেছে। এদের মধ্যে সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য নামগুলো হলো অস্ট্রেলিয়ার জাতীয় বিজ্ঞান সংস্থা CSIRO-এর জেমস কুয়াচ , সেইসাথে মেলবোর্ন বিশ্ববিদ্যালয়ের জেমস হাচিসন ও ট্রেভর স্মিথ, আরএমআইটি বিশ্ববিদ্যালয়ের ড্যানিয়েল টিবেন এবং CSIRO-এরই কিয়েরান হাইমাসের মতো বিশেষজ্ঞরা। এই কেন্দ্রগুলোর মধ্যে বেশ কয়েকটি ফোটোনিক্স এবং কোয়ান্টাম প্রযুক্তির অত্যাধুনিক গবেষণার অগ্রভাগে রয়েছে।
এই দলটি ‘লাইট: সায়েন্স অ্যান্ড অ্যাপ্লিকেশনস’ জার্নালে ‘একটি কোয়ান্টাম ব্যাটারি থেকে অতি-বিস্তৃত বৈদ্যুতিক শক্তি’ শিরোনামের একটি প্রযুক্তিগত গবেষণাপত্রে তাদের ফলাফল প্রকাশ করেছে। নিবন্ধটিতে বিস্তারিতভাবে বর্ণনা করা হয়েছে যে, কীভাবে তারা প্রথমবারের মতো একটি একক কার্যকরী সিস্টেমে সম্পূর্ণ ব্যাটারি চক্র—অর্থাৎ শক্তি চার্জ করা, সঞ্চয় করা এবং নিঃসরণ করা— অর্জন করেছে।
কোয়ান্টাম ব্যাটারির ধারণাটি নতুন নয়: এটি প্রথম প্রস্তাবিত হয়েছিল প্রায় ২০১৩ সালের দিকে, এবং তখন থেকে তাত্ত্বিক মডেল ও আংশিক প্রদর্শনীর আয়োজন করা হয়েছে। তবে, এই নকশাগুলোর কোনোটিই কার্যচক্রের সমস্ত পর্যায়কে একটিমাত্র ব্যবহারিক যন্ত্রের মধ্যে একীভূত করতে পারেনি। হয় চার্জিং প্রদর্শন করা হলেও শক্তি নিষ্কাশনের কোনো কার্যকর উপায় ছিল না, অথবা প্রয়োজনীয় শর্তগুলো (যেমন চরম তাপমাত্রা) অবাস্তব বলে প্রমাণিত হয়েছিল।
কুয়াচের দল ২০১৮ সাল থেকে এই ধারণাটি নিয়ে কাজ করে আসছে। ২০২২ সালে, তারা একটি প্রথম প্রোটোটাইপ উপস্থাপন করে যা পরীক্ষামূলকভাবে আকার বৃদ্ধির সাথে সাথে ত্বরান্বিত চার্জিং আচরণ প্রদর্শন করে। এর জন্য তারা একটি অত্যন্ত জটিল জৈব মাইক্রোক্যাভিটি ব্যবহার করেছিল —এটি একটি স্তরযুক্ত কাঠামো যা একটি বিশেষ উপায়ে আলোকে আটকে রাখে। তবে, সেই সংস্করণটিতে আটকে থাকা শক্তিকে ব্যবহারযোগ্য বৈদ্যুতিক প্রবাহে রূপান্তর করার কোনো কার্যকর ব্যবস্থা ছিল না।
তাদের নতুন গবেষণায়, গবেষকরা পরবর্তী পদক্ষেপ নিয়েছেন: ডিভাইসটিতে অতিরিক্ত স্তর যুক্ত করেছেন, যা সঞ্চিত শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করতে সক্ষম করে । এইভাবে, বর্তমান প্রোটোটাইপটি কেবল সীমিত সময়ের জন্য শক্তি সঞ্চয় ও ধরে রাখতে পারে তাই নয়, বরং এটিকে বৈদ্যুতিক প্রবাহ হিসাবে নির্গমনও করতে পারে, যা একটি ব্যাটারির প্রকৃত কার্যচক্র সম্পন্ন করে।
কোয়ান্টাম ব্যাটারি কীভাবে তৈরি করা হয় এবং এটি কীভাবে কাজ করে
যে প্রোটোটাইপটি ভাইরাল হয়েছে, সেটি মূলত একাধিক স্তর দিয়ে তৈরি একটি ক্ষুদ্র জৈব যন্ত্র , যা এক ধরনের ন্যানোমেট্রিক 'স্যান্ডউইচ'-এর মতো করে সাজানো। এই নকশাটি জৈব মাইক্রোক্যাভিটি নামে পরিচিত এবং এটি বিশেষভাবে লেজার আলোর সাথে অত্যন্ত দক্ষতার সাথে মিথস্ক্রিয়া করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
চার্জিং হয় তারবিহীনভাবে: একটি লেজার রশ্মি ডিভাইসটিতে আঘাত করে এবং এর শক্তি প্রায় সঙ্গে সঙ্গেই শোষিত হয়ে যায় , যাকে গবেষকরা “সুপারঅ্যাবসর্পশন” বা অতি-শোষণ বলে বর্ণনা করেছেন। প্রতিটি অভ্যন্তরীণ ব্যাটারি ইউনিট আলাদাভাবে আলো শোষণ করার পরিবর্তে, পুরো সিস্টেমটি একটি সুসংহত সত্তা হিসেবে কাজ করে, যা সম্মিলিতভাবে এবং অত্যন্ত দ্রুত গতিতে শক্তি গ্রহণ করে।
সিস্টেমটি একবার উত্তেজিত হলে, মাইক্রোক্যাভিটির জৈব উপাদানগুলোর কোয়ান্টাম দশায় শক্তি সঞ্চিত হয় , যা পরমাণুতে একটি ইলেকট্রন উচ্চতর শক্তি কক্ষপথে লাফিয়ে যাওয়ার ঘটনার অনুরূপ। এই সঞ্চিত শক্তি একটি সংক্ষিপ্ত কিন্তু পরিমাপযোগ্য সময় পর্যন্ত বজায় থাকে, যার পরে প্রোটোটাইপের সর্বশেষ সংস্করণে যুক্ত করা স্তরগুলো ব্যবহার করে এটিকে বৈদ্যুতিক প্রবাহ হিসাবে নিষ্কাশন করা যায়।
এই আচরণটি অর্জনের জন্য, ব্যাটারিটি সম্মিলিত কোয়ান্টাম প্রভাবের উপর নির্ভর করে । যে আণুবীক্ষণিক এককগুলো দিয়ে এটি গঠিত (কোয়ান্টাম সেল), সেগুলো ছোট, বিচ্ছিন্ন খণ্ড হিসেবে কাজ করে না, বরং একটি একক, সমন্বিত ব্যবস্থা হিসেবে কাজ করে, যার সমস্ত উপাদান একে অপরের সাথে দৃঢ়ভাবে সম্পর্কযুক্ত। এই সংযোগের ফলে একটি অত্যন্ত বিশেষ চার্জিং গতিবিদ্যা তৈরি হয়।
এর ফলে যা হয় তা হলো, কোয়ান্টাম সেলের সংখ্যা বাড়ার সাথে সাথে শুধু মোট শক্তি ধারণক্ষমতাই বাড়ে না , বরং প্রতিটি সেলের চার্জিং গতিও বৃদ্ধি পায়। গবেষকরা একেই “সুপারএক্সটেনসিভ” আচরণ হিসেবে বর্ণনা করেছেন: অর্থাৎ, ব্যাটারির আকারের চেয়ে চার্জিং ক্ষমতা দ্রুতগতিতে বৃদ্ধি পায়।
মূল বৈশিষ্ট্য: আকার বড় হলে লোডিং সময় কম লাগে
যেকোনো ব্যবহারকারীই জানেন যে, লিথিয়াম-আয়ন বা লেড-অ্যাসিড ব্যাটারির ধারণক্ষমতা যত বেশি হয়, চার্জ হতেও তত বেশি সময় লাগে । ছোট ব্যাটারির ফোনের তুলনায় বড় ব্যাটারির একটি মোবাইল ফোন ১০০% চার্জ হতে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি সময় নেয়, এবং একটি বৈদ্যুতিক গাড়ি সম্পূর্ণ চার্জ হতে কয়েক ঘণ্টা সময় লাগে, যেখানে এক ট্যাঙ্ক পেট্রোল মাত্র কয়েক মিনিটেই ভরে ফেলা যায়।
কোয়ান্টাম ব্যাটারি এই প্রচলিত ধারণাকে পুরোপুরি ভুল প্রমাণ করে। সুপারপজিশন এবং এনট্যাঙ্গলমেন্টের প্রভাবে, ব্যাটারি গঠনকারী কোয়ান্টাম সেলগুলো একযোগে কাজ করলে বেশি লাভবান হয় । ডিভাইসে যত বেশি সেল সংযুক্ত থাকে, তাদের সম্মিলিত চার্জিং গতি তত বেশি বৃদ্ধি পায়। একারণেই গবেষকদের দাবি: কোয়ান্টাম ব্যাটারি যত বড় হয়, তত দ্রুত চার্জ হয়।
বর্তমান প্রোটোটাইপটিতে পরিমাপ করা সময়কাল বিস্ময়কর: চার্জিং সম্পন্ন হয় ফেমটোসেকেন্ড (10⁻¹⁵ সেকেন্ড) সময়ে , অথচ প্রাপ্ত শক্তি সঞ্চিত থাকে ন্যানোসেকেন্ড (10⁻⁹ সেকেন্ড) ধরে। এই দুটি সংখ্যার মধ্যে প্রায় ছয় মাত্রার পার্থক্য রয়েছে।
জেমস কুয়াচ নিজেই একটি অত্যন্ত সুস্পষ্ট উদাহরণের মাধ্যমে এটি ব্যাখ্যা করেছেন: যদি একটি প্রচলিত ব্যাটারি এক মিনিটে চার্জ করা হয়, তবে এই ছয়-মাত্রার অনুপাতটি বোঝাবে যে এটি প্রায় দুই বছর ধরে চার্জ ধরে রাখতে পারবে । পরীক্ষাগারে, পরম মানগুলো এখনও অত্যন্ত নগণ্য, কিন্তু চার্জিং সময় এবং শক্তি ধরে রাখার সময়ের মধ্যে এই অমিলটিই বিজ্ঞানী সম্প্রদায়কে সত্যিই উত্তেজিত করে।
প্রোটোটাইপটির অর্জিত শক্তি ধারণক্ষমতা এখনও খুবই কম, যা কয়েক বিলিয়ন ইলেকট্রনভোল্টের মাত্রার । এই সংখ্যাটি চিত্তাকর্ষক হলেও, একটি বাস্তব ইলেকট্রনিক ডিভাইসের শক্তির চাহিদার নিরিখে তা একেবারেই অপ্রতুল। তা সত্ত্বেও, একটি ধারণার প্রমাণ হিসেবে এটি দেখায় যে, সাধারণ তাপমাত্রায় একটি পরীক্ষামূলক পরিবেশে অতি-দ্রুত চার্জিং এবং স্বল্পস্থায়ী কিন্তু কার্যকর সঞ্চয়ের ঘটনা সম্ভব।
বর্তমান সীমাবদ্ধতা এবং সমাধানযোগ্য প্রতিবন্ধকতা
এই উৎসাহ থাকা সত্ত্বেও, গবেষকরা নিজেরাই জোর দিয়ে বলছেন যে কোয়ান্টাম ব্যাটারি এখনও বাণিজ্যিক ব্যবহার থেকে অনেক দূরে । প্রোটোটাইপটি যে পরিমাণ শক্তি সঞ্চয় করতে পারে তা অত্যন্ত নগণ্য, এবং এটি যে সময় ধরে সেই শক্তি বজায় রাখে তা ন্যানোসেকেন্ডে পরিমাপ করা হয়—যা সেকেন্ডের এমন এক ভগ্নাংশ যে বর্তমান প্রযুক্তি দিয়ে একটি মোবাইল ফোন, একটি কম্পিউটার বা একটি বৈদ্যুতিক গাড়িকে শক্তি দেওয়া সম্পূর্ণ অবাস্তব।
অন্যতম প্রধান চ্যালেঞ্জ হলো পারিপার্শ্বিক গোলযোগের মুখে কোয়ান্টাম অবস্থাগুলোর স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করা । তাপমাত্রা, কম্পন বা তড়িৎচুম্বকীয় কোলাহলের যেকোনো সামান্য পরিবর্তন ডিকোহেরেন্স ঘটাতে পারে—অর্থাৎ, সেই সূক্ষ্ম কোয়ান্টাম সমন্বয়কে ভেঙে দিতে পারে যা সুপারঅ্যাবসর্পশন এবং কার্যকর ডিসচার্জকে সম্ভব করে তোলে।
দলটির ভাষ্যমতে, পরবর্তী পদক্ষেপ হলো ডিভাইসটির আকার বৃদ্ধি করা এবং এর চার্জ ধরে রাখার সময় উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়ানো । চূড়ান্ত লক্ষ্য হলো এমন হাইব্রিড ডিজাইন তৈরি করা, যা উভয় জগতের সেরা বৈশিষ্ট্যগুলোকে একত্রিত করবে: কোয়ান্টাম চার্জিংয়ের গতির সাথে প্রচলিত ব্যাটারির দৃঢ়তা এবং ধারণক্ষমতা।
আরেকটি উদ্বেগের বিষয় হলো চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়ার সময় শক্তির অপচয় । একটি বাস্তব কোয়ান্টাম সিস্টেমে, পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়ার কারণে সৃষ্ট ক্ষয়ক্ষতি বাস্তবে তাত্ত্বিক সুবিধাগুলোকে অকার্যকর করে দিতে পারে। এই ক্ষয়ক্ষতিগুলো ন্যূনতম পর্যায়ে নামিয়ে আনে এমন স্থাপত্য কাঠামো তৈরি করা গবেষণার অন্যতম সক্রিয় একটি ক্ষেত্র।
অস্ট্রেলিয়ায় পরীক্ষামূলক কাজের পাশাপাশি, চীনসহ অন্যান্য দেশের তাত্ত্বিক গোষ্ঠীগুলো কোয়ান্টাম ব্যাটারিকে আরও শক্তিশালী করার জন্য ধারণাগত কাঠামো খুঁজে বের করার ওপর মনোযোগ দিচ্ছে । এই গবেষণা ক্ষেত্রগুলোর মধ্যে, আরও স্থিতিশীল কোয়ান্টাম ব্যাটারি ডিজাইন করার জন্য টপোলজির ধারণাগুলোর ব্যবহার বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য।
টপোলজি ও কোয়ান্টাম ব্যাটারি: চীন থেকে তাত্ত্বিক অবদান
কোয়াচের দল যখন গবেষণাগারে অগ্রগতি করছে, তখন অন্যান্য দলগুলো ব্যবহারিক সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে তাত্ত্বিক দিক নিয়ে কাজ করছে। রিকেন সেন্টার ফর কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং হুয়াজং ইউনিভার্সিটি অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির গবেষকরা একটি টপোলজিক্যাল কোয়ান্টাম ব্যাটারির নকশা প্রস্তাব করেছেন, যার লক্ষ্য প্রায়-নিখুঁত শক্তি স্থানান্তর এবং শক্তি ক্ষয়ের বিরুদ্ধে অধিকতর প্রতিরোধ ক্ষমতা অর্জন করা।
ফিজিক্যাল রিভিউ জার্নালস- এ প্রকাশিত তাদের বিশ্লেষণে, তারা ফোটোনিক ওয়েভগাইড এবং দ্বি-স্তরীয় পরমাণুর উপর ভিত্তি করে একটি মডেলের বর্ণনা দিয়েছেন, যেখানে সিস্টেমের টপোলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলো ন্যূনতম ক্ষয়ক্ষতিতে শক্তিকে এক প্রান্ত থেকে অন্য প্রান্তে যেতে দেয়। এই পদ্ধতিটি এমন কাঠামোর সুবিধা গ্রহণ করে যা সামান্য বিকৃতির অধীনেও অপরিবর্তিত থাকে , ফলে ডিভাইসের বাস্তব জগতের ত্রুটিগুলোর ক্ষেত্রে চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়াটি আরও বেশি শক্তিশালী হয়ে ওঠে।
লেখকদের মতে, এমন বিন্যাস খুঁজে পাওয়া সম্ভব যেখানে সিস্টেমটি শক্তি ক্ষয়ের বিরুদ্ধে কার্যত অনাক্রম্য হয়ে ওঠে , যা কোয়ান্টাম ব্যাটারির অন্যতম প্রধান শত্রু। যদি এই ধরনের নকশাগুলোকে তাত্ত্বিক জগৎ থেকে বাস্তব যন্ত্রে রূপান্তর করা যায়, তবে ক্ষুদ্র প্রোটোটাইপ থেকে বাস্তব প্রয়োগযোগ্য কোয়ান্টাম ব্যাটারিতে উত্তরণের পথে বর্তমানে যে বাধাগুলো রয়েছে, তার কয়েকটি অতিক্রম করা যেতে পারে।
গবেষণাটির প্রধান লেখক ঝি-গুয়াং লু জোর দিয়ে বলেন যে, এই গবেষণাধারা বাস্তবসম্মত পরিস্থিতিতে কোয়ান্টাম ব্যাটারির কর্মক্ষমতা সর্বোত্তম করার জন্য সুস্পষ্ট নির্দেশিকা প্রদান করে । এর চূড়ান্ত লক্ষ্য হলো আদর্শায়িত মডেল থেকে এমন ক্ষুদ্র শক্তি সঞ্চয়কারী ডিভাইসে রূপান্তরকে ত্বরান্বিত করা, যা পরীক্ষাগারের বাইরেও কাজ করতে পারে।
এই তাত্ত্বিক প্রচেষ্টা অস্ট্রেলীয় দলের মতো দলগুলোর পরীক্ষামূলক কাজের পরিপূরক হিসেবে কাজ করে, যা এমন একটি গবেষণা বাস্তুতন্ত্র তৈরি করে যেখানে তত্ত্ব নতুন প্রোটোটাইপের নকশাকে পথ দেখায় এবং বিনিময়ে বাস্তব ফলাফল থেকে প্রাপ্ত প্রতিক্রিয়া গাণিতিক মডেলগুলোকে পরিমার্জন করে।
সম্ভাব্য প্রয়োগ: কোয়ান্টাম কম্পিউটিং থেকে শুরু করে বৈদ্যুতিক গাড়ি পর্যন্ত
কোয়ান্টাম কম্পিউটারগুলো কোয়ান্টাম ব্যাটারির মতোই একই ভৌত নিয়ম মেনে চলে, এবং এদের সংবেদনশীল উপাদানগুলোকে শক্তি জোগানোর জন্য অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট ও কার্যকর শক্তির উৎস প্রয়োজন । এই সিস্টেমগুলোর জন্য বিশেষভাবে ডিজাইন করা একটি কোয়ান্টাম ব্যাটারি সর্বোত্তম উপায়ে সুসংগত শক্তি সরবরাহ করতে পারে, যা কিউবিটগুলোকে প্রভাবিত করে এমন ক্ষয়ক্ষতি এবং বিঘ্ন কমিয়ে আনে।
কুইন্সল্যান্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের কোয়ান্টাম প্রযুক্তি গবেষণাগারের পরিচালক অ্যান্ড্রু হোয়াইটের মতো বিশেষজ্ঞরা জোর দিয়ে বলেছেন যে, কোয়ান্টাম কম্পিউটিংকে আরও বড় ও কার্যকর যন্ত্রে উন্নীত করার জন্য এই ধরনের ডিভাইসগুলোই হতে পারে সেই অপরিহার্য অংশ। এর একটি কার্যকরী প্রোটোটাইপের অস্তিত্বই প্রমাণ করে যে, কোয়ান্টাম ব্যাটারি এখন আর নিছক জল্পনা-কল্পনা নয়।
ভবিষ্যতের দিকে তাকিয়ে গবেষকরা এমন সব প্রয়োগের কথা ভাবছেন, যেমন— উড়ন্ত অবস্থায় ড্রোনকে তারবিহীনভাবে চার্জ করা অথবা যানবাহন চালানোর সময় চার্জ দেওয়া । তার ছাড়াই দূর থেকে লেজার আলো শোষণ করার কোয়ান্টাম ব্যাটারির ক্ষমতা এমন সব পরিস্থিতির দ্বার উন্মোচন করে, যেখানে চার্জিং পরিকাঠামো আজকের চেয়ে অনেকটাই ভিন্ন হবে।
জেমস কুয়াচ এমন এক ভবিষ্যতের কল্পনাও করেছেন যেখানে বৈদ্যুতিক গাড়িকে রিচার্জ করার জন্য কোনো নির্দিষ্ট স্থানে থামার প্রয়োজন হবে না ; বরং, গাড়িটি চলার সময়েই গতিশীলভাবে শক্তি সরবরাহ করা হবে। অবশ্যই, এই সবকিছু নির্ভর করে প্রযুক্তিটি তার এখনও সম্মুখীন হওয়া ব্যাপকতা ও স্থিতিশীলতার বিশাল বাধাগুলো অতিক্রম করতে পারার ওপর।
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির সাথে পার্থক্য এবং সম্ভাব্য সুবিধাসমূহ
লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারি এখন মোবাইল ফোন, ল্যাপটপ এবং বৈদ্যুতিক গাড়ির ক্ষেত্রে কার্যত একটি আদর্শ মান হয়ে উঠেছে, কিন্তু এর কিছু সুপরিচিত সীমাবদ্ধতাও রয়েছে : তুলনামূলকভাবে দীর্ঘ চার্জ হওয়ার সময়, ব্যবহারের সাথে সাথে কার্যক্ষমতার অবনতি, অতিরিক্ত গরম হয়ে যাওয়ার ঝুঁকি এবং ধারণক্ষমতার সীমাবদ্ধতা, যা আরও কার্যকর বিকল্পের সন্ধানকে অপরিহার্য করে তোলে।
তাত্ত্বিকভাবে, একটি কোয়ান্টাম ব্যাটারি অনেক দ্রুত চার্জিং এবং সঞ্চিত শক্তি থেকে কার্যকর কাজ আহরণে অধিকতর দক্ষতা প্রদান করতে পারে । ধীর রাসায়নিক প্রক্রিয়ার পরিবর্তে কোয়ান্টাম ঘটনার উপর নির্ভর করার ফলে, চার্জিংয়ের গতি আয়ন স্থানান্তরের দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকবে না এবং প্রতি একক আয়তনে উৎপাদিত শক্তি উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি হতে পারে।
আরেকটি সম্ভাব্য সুবিধা হলো, সঠিকভাবে নকশা করা হলে কোয়ান্টাম ব্যাটারি চরম ক্রায়োজেনিকস ছাড়াই সাধারণ তাপমাত্রায় কাজ করতে পারে , যা এর ব্যাপক গ্রহণযোগ্যতার জন্য একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয়। অস্ট্রেলিয়ান প্রোটোটাইপটি ইতিমধ্যেই স্বাভাবিক পরিবেশে কাজ করছে, যা প্রমাণ করে যে, অন্তত ক্ষুদ্র পরিসরে, এই প্রভাবগুলো প্রকাশ পাওয়ার জন্য কোনো বিশেষ পরিবেশের প্রয়োজন নেই।
তাছাড়া, লেজার ব্যবহার করে দূরপাল্লার তারবিহীন চার্জিংয়ের সম্ভাবনা চার্জিং পরিকাঠামো সম্পর্কে আমাদের ধারণায় এক আমূল পরিবর্তন আনবে। কল্পনা করুন, ছড়িয়ে থাকা লেজার চার্জিং স্টেশনগুলো ড্রোন, রিমোট সেন্সর বা যানবাহনকে শক্তি জোগাচ্ছে, যা তার, প্লাগ এবং দীর্ঘ সময় ধরে যন্ত্র বন্ধ থাকার প্রয়োজনীয়তা কমিয়ে দেবে।
তবে, সতর্ক থাকা প্রয়োজন: এই সুবিধাগুলো আপাতত শর্তসাপেক্ষ প্রতিশ্রুতি, যা মূল কোয়ান্টাম বৈশিষ্ট্যগুলো অক্ষুণ্ণ রেখে প্রযুক্তিটির সম্প্রসারণযোগ্যতার উপর নির্ভরশীল । কার্যকর সঞ্চয় ক্ষমতা এবং উল্লেখযোগ্যভাবে দীর্ঘ শক্তি ধারণ সময় সম্পন্ন ডিভাইস তৈরি না হওয়া পর্যন্ত, এগুলো পরীক্ষাগারের পরিপূরক হিসেবেই থাকবে, বর্তমান ব্যাটারির তাৎক্ষণিক বিকল্প হবে না।
অস্ট্রেলিয়া থেকে চীন পর্যন্ত, বিশ্বজুড়ে বিভিন্ন দলের কাজ থেকে বোঝা যায় যে কোয়ান্টাম ব্যাটারির ক্ষেত্রটি বৈজ্ঞানিক পরিপক্কতার একটি পর্যায়ে প্রবেশ করছে । প্রথম কার্যকরী প্রোটোটাইপ এবং উন্নত তাত্ত্বিক মডেলগুলো ইঙ্গিত দেয় যে এটি কেবল কল্পবিজ্ঞান নয়, বরং বাস্তব সম্ভাবনাময় একটি প্রযুক্তি, যদিও তা এখনও অত্যন্ত ক্ষুদ্র পরিসরে সীমাবদ্ধ।
আজ কোয়ান্টাম ব্যাটারির পরিস্থিতি প্রাথমিক কোয়ান্টাম কম্পিউটারের কথা মনে করিয়ে দেয়: এখনও প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জে পরিপূর্ণ সাধারণ ডিভাইস , যা ইতোমধ্যেই তাত্ত্বিক ধারণা এবং বাস্তব পরীক্ষার সীমানা অতিক্রম করেছে। গবেষকরা যদি স্থিতিশীলতা উন্নত করতে, ধারণক্ষমতা বাড়াতে এবং টপোলজিক্যাল নকশাকে কাগজ থেকে চিপে রূপান্তর করতে সক্ষম হন, তবে আগামী দশকগুলোতে আমরা দেখতে পাব যে ব্যাটারির ধারণাও কম্পিউটারের ধারণার মতোই গভীরভাবে পরিবর্তিত হচ্ছে।
