Исследователи из Университета RMIT и CSIRO, национального научного агентства Австралии, представили метод, позволяющий значительно продлить срок службы квантовых батарей – до 1000 раз дольше, чем в предыдущих демонстрациях.
Квантовые аккумуляторы не используют химические реакции, как литий-ионные батареи, питающие телефоны или автомобили. Вместо этого они хранят и передают энергию с помощью квантовых систем – крошечных строительных блоков, таких как атомы, молекулы и свет.
В основе их работы лежат квантовые эффекты, такие как суперпозиция и запутанность, что потенциально позволяет заряжать батареи быстрее и эффективнее. Исследователи полагают, что в будущем такие аккумуляторы смогут улучшить работу солнечных панелей и питать микроэлектронику.
Однако возникла серьёзная проблема: несмотря на быструю зарядку, квантовые батареи не могли долго сохранять энергию. Ранние версии теряли заряд почти мгновенно – в течение наносекунд, – что делало их непрактичными. Новый подход, разработанный учёными из Университета RMIT и CSIRO, увеличил время хранения энергии более чем в 1000 раз, что стало важным шагом на пути к реальному применению.
Традиционные аккумуляторы изменили наш образ жизни, особенно благодаря своей роли в электромобилях, умных устройствах и в накоплении солнечной и ветровой энергии. Тем не менее, они не идеальны. Литий-ионные батареи – наиболее распространённый тип – быстро изнашиваются и требуют частой замены. Кроме того, они медленно заряжаются и не подходят для современных приложений, где скорость и эффективность имеют первостепенное значение.
Квантовые батареи призваны решить эти проблемы. Идея заключается в использовании возбуждённых состояний атомов или молекул для хранения энергии. Эта энергия затем высвобождается путём смещения этих состояний посредством квантовых переходов. Благодаря коллективному поведению квантовых систем добавление новых частиц не просто линейно увеличивает энергию, но и может ускорить зарядку, достигая так называемого √N-кратного ускорения. Это квантовое ускорение означает, что чем больше единиц вы добавляете, тем быстрее заряжается система.