Прототип квантовой батареи заряжается почти мгновенно
- Исследователи создали первые прототипы квантовых батарей, которые заряжаются почти мгновенно благодаря коллективным квантовым эффектам.
- Несмотря на значительный прогресс, квантовые батареи еще не готовы к массовому рынку из-за их небольшой емкости и короткого времени удержания заряда.
Представьте мир, где зарядка смартфона или электромобиля длится долю секунды. Это становится возможным благодаря использованию экзотических правил квантовой механики, которые бросают вызов привычным законам электротехники. Исследователи уже воплотили теоретическую идею в реальность, создав первый функциональный прототип, чья эффективность растет вместе с физическим размером.
Какие квантовые эффекты позволяют обойти ограничения традиционных накопителей энергии?
Ученые из Государственного объединения научных и прикладных исследований Австралии (CSIRO) вместе с международной группой коллег разработали первые в мире прототипы квантовых батарей. Эта технология базируется на принципах квантовой физики, таких как суперпозиция и запутанность, которые обычно наблюдаются только на уровне микроскопических объектов. Однако ключевым фактором, что делает новую разработку уникальной, являются так называемые коллективные эффекты, пишет ScienceAlert.
Смотрите также Забудьте о разряженном смартфоне: 5 доступных павербанков, которые высоко оценили владельцы
В обычном мире мы привыкли к простой логике: чем больше емкость аккумулятора, тем дольше он заряжается. Смартфон требует часа, а электромобиль может стоять на зарядке целую ночь. Квантовый мир работает иначе. Когда накопительные единицы квантовой батареи действуют коллективно, а не поодиночке, скорость их зарядки резко возрастает.
Если батарея содержит определённое количество единиц N, то при условии их одновременной зарядки время процесса сокращается пропорционально математической формуле 1 разделить на корень квадратный из N. Это означает контринтуитивный факт: чем больше становится квантовая батарея, тем меньше времени ей нужно для наполнения энергией. Каждая частица будто "чувствует" присутствие других, что стимулирует быстрый обмен энергией.
Квантовая батарея / Фото CSIRO
Идея создания такого устройства долгое время оставалась чисто теоретическим интересом. Однако в 2018 году исследователи поставили цель доказать возможность ее практической реализации. Уже в 2022 году команда, в которую вошли специалисты из Великобритании и Италии, создала прототип на основе органической микрополости. Эта конструкция напоминает сложный многослойный "сэндвич" из различных материалов, способен удерживать свет особым образом. Эксперименты подтвердили теорию: с увеличением количества молекул в устройстве время зарядки действительно сокращалось.
Последним значительным достижением, результаты которого опубликованы в научном журнале Light: Science & Applications, стало добавление специальных слоев, которые преобразуют накопленную энергию в электрический ток. Это был критически важный шаг, ведь предыдущие версии умели только поглощать энергию, но не отдавать ее.
Когда ждать на рынке?
Несмотря на значительный прогресс, технология пока не готова к массовому рынку. На современном этапе емкость таких батарей остается мизерной. Кроме того, они способны удерживать заряд в течение чрезвычайно короткого времени – всего несколько наносекунд. Для питания бытовой электроники этого мало, однако квантовые батареи могут стать идеальным решением для обеспечения работы квантовых компьютеров, помогая им масштабироваться и становиться практичными.
Какие следующие шаги?
Сейчас ученые работают над увеличением размеров прототипов и продлением времени хранения энергии. Конечной целью является создание гибридного дизайна, который объединит невероятную скорость квантовой зарядки с надежностью длительного хранения, присущей классическим аккумуляторам. Исследователи сравнивают текущее состояние разработки с первым полетом братьев Райт: он тоже длился недолго, но открыл путь к новой эре в истории человечества.