Учёные собрали прототип квантовой батареи, которая принимает энергию за фемтосекунды — квадриллионные доли секунды. Это уже не чистая теория: из устройства удалось извлечь электрический ток. Правда, запас энергии крошечный, а держится он лишь наносекунды. До зарядки смартфона или электромобиля ещё очень далеко.
Работу возглавил специалист по квантовой науке Джеймс Куач (James Quach) из австралийского агентства CSIRO. Ключ технологии — эффект суперабсорбции. В обычной батарее чем больше ячейка, тем дольше зарядка. Здесь наоборот: чем больше молекул участвует в процессе, тем быстрее система поглощает свет.
Как это работает
Прототип устроен как оптическая микрополость: два зеркала на расстоянии около 100 нанометров, между ними — молекулы органического красителя. Лазер возбуждает полость, свет и молекулы начинают сильно взаимодействовать и образуют гибридные свето-вещественные состояния. Молекулы больше не глотают энергию поодиночке, как в классической системе, а отвечают коллективно.
Зарядка занимает фемтосекунды. Удержание энергии длится наносекунды — примерно в миллион раз дольше, чем сама зарядка. В 2022 году команда Куача уже показала суперабсорбцию; теперь добавили главное: удалось снять ток. Он пока слабый, но это шаг от красивого физического эффекта к устройству, которое хотя бы формально работает как батарея.
Почему это не замена литию
Квантовые батареи не обещают больше ёмкости. Их сила — скорость и точность подачи энергии. Дарио Ферраро (Dario Ferraro) из Генуэзского университета отмечает: задача таких систем — быстрее и аккуратнее отдавать энергию, а не хранить её пачками.
Пока разрыв с практикой огромен. Прототип держит всего несколько миллиардов электронвольт и почти сразу «забывает» заряд. Для реального прибора нужны и большая ёмкость, и куда более долгое хранение.
Команда Куача уже собирает гибрид: квантовая часть отвечает за мгновенный набор энергии, классические слои — за более долгое хранение. Параллельно планируют соединять множество микроскопических ячеек. «Если получится и то, и другое, мы будем на пути к питанию обычного устройства», — говорит Куач.
Важный плюс оптической схемы — комнатная температура. Сверхпроводящие квантовые батареи требуют охлаждения ниже −150°C. «Для квантового компьютера это нормально, для телефона — нет», — замечает исследователь.
Где такая батарея может пригодиться
Квантовый физик Мауро Патерностро (Mauro Paternostro) из Королевского университета Белфаста считает микрополость убедительной демонстрацией, но сомневается в управлении отдачей: красивый коллективный эффект ещё не значит, что энергию легко направить туда, куда нужно.
Первые применения, скорее всего, будут не в кармане, а в квантовом железе. Там уже есть криогенная инфраструктура, а быстрая и точная подпитка могла бы снизить энергозатраты и сделать работу стабильнее. Ферраро полагает, что хрупкие квантовые эффекты плохо переживают контакт с обычной средой, поэтому естественная ниша таких батарей — квантовый масштаб, а не смартфоны и электрокары.
Новый прототип спор не закрывает. Он лишь показывает: квантовые эффекты позволяют почти мгновенно зарядить систему и снять с неё ток. Дальше предстоит научиться хранить больше, держать дольше и отдавать энергию туда, где она нужна.
