Учёные из Мельбурнского университета, Университета RMIT и национального научного агентства Австралии CSIRO впервые в мире собрали работающий прототип квантовой батареи. Главное её преимущество переворачивает привычные представления об аккумуляторах: чем больше элементов в такой батарее, тем быстрее она заряжается. Это полностью противоположно обычным химическим батареям, где увеличение размера только удлиняет процесс зарядки.
Обычные батареи заряжаются индивидуально: каждый элемент ждёт своей очереди. Квантовая же использует коллективные эффекты — суперпозицию и запутанность. Когда все N элементов заряжаются одновременно, время сокращается до 1/√N секунды. Удвойте размер батареи — и она зарядится чуть больше чем за половину прежнего времени. Это свойство открывает путь к молниеносной зарядке огромных накопителей энергии.
Как устроен прототип
Батарея представляет собой многослойную органическую микрополость из материалов, которые «ловят» свет. Зарядка происходит беспроводно с помощью лазера. Джеймс Куах (James Quach), ведущий исследователь проекта, начал работу ещё в 2018 году. Первый прототип 2022 года умел только заряжаться, но теперь учёные научились и разряжать его. С помощью продвинутой спектроскопии они подтвердили, что батарея действительно демонстрирует коллективное поведение.
Пока ёмкость крошечная — всего несколько миллиардов электрон-вольт, а хранить заряд она может лишь наносекунды. Этого даже не хватит, чтобы подзарядить смартфон. Но сам факт доказан: квантовая батарея работает при комнатной температуре, масштабируется и хранит энергию.
«Наш прототип показывает быстрый и масштабируемый заряд и хранение энергии при комнатной температуре. Это фундамент для следующего поколения энергетических решений», — говорит Джеймс Куах.
В идеале учёные хотят объединить молниеносную скорость квантовой зарядки с большой ёмкостью обычных батарей. Или сделать квантовые батареи идеальным источником питания для квантовых компьютеров. В долгосрочной перспективе Куах мечтает о том, чтобы электромобили заряжались быстрее, чем заправляются бензином, а устройства — на большом расстоянии без проводов.
Исследование опубликовано в журнале Light: Science & Applications.
