Учёные представили квантовую батарею, которая нарушает правила традиционной зарядки

Учёные из Национального научного агентства Австралии CSIRO создали прототип квантовой батареи, которая заряжается быстрее по мере увеличения её размера — в отличие от того, что происходит с обычными батареями. Исследователи также продемонстрировали, что устройство способно генерировать электрический ток, что приближает эту концепцию к созданию функциональной системы накопления энергии.

Эта необычная батарея была разработана ученым-квантовиком Джеймсом Куачем и его командой. Вместо химических реакций она использует квантовые эффекты для поглощения и накопления энергии. Прототип основан на оптической микрорезонаторной системе, состоящей из двух крошечных зеркал, расположенных на расстоянии около 100 нанометров друг от друга — это примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса. Пространство между ними заполнено молекулами органического красителя и освещается лазером.

Взаимодействие света и молекул приводит к образованию гибридных состояний «свет-материя», известных как поляритоны. При этом возникает явление, называемое суперпоглощением, при котором молекулы начинают действовать коллективно, а не поглощать энергию независимо друг от друга. Чем больше молекул, тем быстрее они могут поглощать энергию — а это означает, что более крупная квантовая батарея заряжается быстрее, чем меньшая.

Прототип заряжается за фемтосекунды и способен удерживать накопленную энергию в течение наносекунд, что примерно в миллион раз дольше, чем длится процесс зарядки. Однако количество энергии, которое она способна накопить, по-прежнему ничтожно мало — всего несколько миллиардов электронвольт, поэтому использование такой батареи в смартфоне или электромобиле пока что совершенно недостижимо.

Последним прорывом стало то, что исследователи добавили ещё один слой, позволяющий извлекать электрический ток из квантовой батареи. Команда по-прежнему анализирует полученные результаты и планирует опубликовать подробности в научной статье.

Одним из основных преимуществ данного подхода является то, что он работает при комнатной температуре. Другие конструкции квантовых батарей, основанные на сверхпроводящих материалах, требуют температур ниже примерно −150 °C, что делает их гораздо менее практичными за пределами специализированных условий.

Поэтому наиболее вероятной областью раннего применения квантовых батарей являются квантовые вычисления. Г-н Куач полагает, что эта технология в конечном итоге может снизить энергопотребление квантовых компьютеров, одновременно сделав их более быстрыми и менее подверженными ошибкам, что потенциально поможет масштабировать данную технологию.

Самой большой проблемой по-прежнему остается поиск способа извлечения накопленной квантовой энергии в стабильной, контролируемой и полезной форме. Учёные также предупреждают, что квантовые эффекты являются неустойчивыми и могут нарушаться под воздействием окружающей среды. Исследователи также изучают гибридные конструкции, сочетающие квантовые компоненты для быстрой зарядки с традиционными слоями, способными хранить энергию в течение более длительных периодов.

Однако последний эксперимент демонстрирует явление, которое с точки зрения традиционных аккумуляторов звучит почти абсурдно: увеличение размера аккумулятора может на самом деле ускорить его зарядку.