Naukowcy przedstawiają baterię kwantową, która łamie zasady konwencjonalnego ładowania

Naukowcy z australijskiej krajowej agencji naukowej CSIRO skonstruowali prototyp baterii kwantowej, która ładuje się szybciej wraz ze wzrostem rozmiarów — co stanowi odwrotność tego, co dzieje się w przypadku baterii konwencjonalnych. Badacze wykazali również, że urządzenie to może wytwarzać prąd elektryczny, co przybliża tę koncepcję o krok do stworzenia funkcjonalnego systemu magazynowania energii.

Ta niezwykła bateria została opracowana przez naukowca zajmującego się fizyką kwantową, Jamesa Quacha, i jego zespół. Zamiast opierać się na reakcjach chemicznych, wykorzystuje ona efekty kwantowe do pochłaniania i magazynowania energii. Prototyp opiera się na optycznej mikrownętrze składającej się z dwóch maleńkich lusterek rozmieszczonych w odległości około 100 nanometrów od siebie — jest to grubość około tysiąc razy mniejsza niż ludzki włos. Przestrzeń między nimi wypełniona jest cząsteczkami barwnika organicznego i oświetlana laserem.

Interakcja między światłem a cząsteczkami tworzy hybrydowe stany światła i materii znane jako polarytony. Powoduje to również zjawisko zwane superabsorpcją, w którym cząsteczki zaczynają działać zbiorowo, zamiast pochłaniać energię niezależnie od siebie. Im więcej cząsteczek, tym szybciej mogą one pochłaniać energię — co oznacza, że większy akumulator kwantowy może ładować się szybciej niż mniejszy.

Prototyp ładuje się w skali femtosekund i może utrzymać zgromadzoną energię przez nanosekundy, czyli około miliona razy dłużej niż trwa proces ładowania. Ilość energii, jaką może ona zmagazynować, jest jednak nadal znikoma i wynosi zaledwie kilka miliardów elektronowoltów, więc zastosowanie takiej baterii w smartfonie lub pojeździe elektrycznym nie wchodzi na razie w grę.

Najnowszym przełomem jest to, że naukowcy dodali kolejną warstwę, która pozwala im pozyskiwać prąd elektryczny z baterii kwantowej. Zespół nadal analizuje wyniki i planuje opublikować szczegóły w artykule naukowym.

Jedną z głównych zalet tego podejścia jest to, że działa ono w temperaturze pokojowej. Inne projekty baterii kwantowych oparte na materiałach nadprzewodzących wymagają temperatur poniżej około −150 °C, co sprawia, że są one znacznie mniej praktyczne poza specjalistycznymi środowiskami.

Najbardziej prawdopodobnym wczesnym zastosowaniem baterii kwantowych jest zatem informatyka kwantowa. Quach uważa, że technologia ta mogłaby ostatecznie zmniejszyć zużycie energii przez komputery kwantowe, jednocześnie zwiększając ich szybkość i zmniejszając podatność na błędy, co potencjalnie pomogłoby w upowszechnieniu tej technologii.

Największym wyzwaniem pozostaje ustalenie, w jaki sposób wydobyć zmagazynowaną energię kwantową w stabilnej, kontrolowanej i użytecznej formie. Naukowcy ostrzegają również, że efekty kwantowe są delikatne i mogą zostać zakłócone przez otoczenie. Badacze analizują również konstrukcje hybrydowe, łączące elementy kwantowe umożliwiające szybkie ładowanie z konwencjonalnymi warstwami zdolnymi do magazynowania energii przez dłuższy czas.

Jednak najnowszy eksperyment wykazał coś, co z punktu widzenia konwencjonalnych akumulatorów brzmi niemal absurdalnie: zwiększenie rozmiarów akumulatora może w rzeczywistości przyspieszyć jego ładowanie.