Ламает правила зарядки: исследователи создали необычную квантовую батарею

Исследователи из австралийского национального научного агентства CSIRO создали прототип квантовой батареи, нарушающий правила зарядки.

Новая квантовая батарея способна заряжаться быстрее вследствие увеличения размера. Устройство также генерирует ток, однако до практического применения ещё далеко.

Необычная батарея была создана командой под руководством Джеймса Куача. Вместо химических реакций она использует квантовые эффекты для поглощения и накопления энергии.

Прототип построен на основе оптического микрорезонатора, состоящего из двух крошечных зеркал, расположенных на расстоянии около 100 нм друг от друга. Пространство между ними заполнено молекулами органического красителя и подсвечивается лазером.

Взаимодействие света с молекулами красителя приводит к образованию гибридных квазичастиц, известных как поляритоны. Кроме того, возникает явление суперпоглощения, при котором молекулы начинают поглощать энергию коллективно, а не каждая отдельно. Большее количество молекул позволяет ускорить поглощение. Следовательно, более крупная квантовая батарея будет заряжаться быстрее.

Зарядка прототипа занимает фемтосекунды, а заряд может сохраняться в течение наносекунд, что примерно в миллион раз дольше самого процесса зарядки. Однако на данный момент такая батарея может хранить лишь очень незначительное количество энергии, равное всего нескольким миллиардам эВ. Поэтому об использовании в реальных устройствах, например, в смартфонах или электромобилях, речь пока не идет.

Исследователям удалось добиться прорыва, добавив ещё один слой, позволяющий извлекать ток из батареи. Учёные анализируют результаты и готовят научную статью. Одним из ключевых преимуществ данного устройства является способность работать при комнатной температуре. Другие конструкции на основе сверхпроводящих материалов требуют температур ниже −150°C, что делает их менее практичными.

Наиболее вероятным первым применением подобных батарей станут квантовые вычисления. По мнению Джеймса Куача, впоследствии эта технология позволит снизить энергопотребление квантовых компьютеров, сделает их быстрее и снизит количество ошибок. Это может приблизить масштабирование технологии.

Однако самая большая проблема по-прежнему заключается в извлечении накопленной энергии в стабильной и контролируемой форме. Исследователи объясняют, что квантовые эффекты очень чувствительны и могут нарушаться условиями окружающей среды. В настоящее время учёные изучают гибридные конструкции, сочетающие квантовые эффекты для ускорения зарядки с обычными слоями, способными хранить энергию в течение длительного времени.

Источник: BBC; NotebookCheck