Вчені продемонстрували прототип квантового акумулятора — він працює всупереч здоровому глузду

Вчені з Національного наукового агентства Австралії (CSIRO) представили перший робочий прототип квантової батареї з незвичайною властивістю: чим більшим стає такий накопичувач, тим швидше він заряджається. З звичайними акумуляторами все навпаки: чим більша їх ємність, тим довше триває зарядка. Але квантовий світ настільки незвичайний, що властиві йому колективні взаємодії частинок можуть працювати всупереч нашому повсякденному досвіду.

Джерело зображення: CSIRO

Вперше про доказ концепції квантової батареї повідомлялося в березні цього року. Дослідники з CSIRO показали, що це може працювати, але тоді вони не змогли продемонструвати корисну роботу квантового акумулятора — зняти з нього струм для живлення навантаження. Сьогодні, як повідомляє BBC, розробники доопрацювали прототип, додавши ще один робочий шар, який дозволяє продемонструвати фактично повноцінну роботу незвичайного акумулятора. Проте подробиць з цього приводу немає, а зібрані дані будуть пізніше оформлені в наукову статтю.

Основою прототипа стала оптична мікропорожнина — структура з двох дзеркал, розташованих на відстані близько 100 нм одне від одного. Всередині неї знаходяться органічні молекули барвника, які опромінюються лазером. При цьому виникає сильний зв'язок між фотонами світла і молекулами речовини: формуються гібридні стани світла і матерії, відомі як квазічастинки поляритони. Це ж призводить до ефекту надпоглинання (superabsorption), при якому молекули перестають індивідуалізуватися — поглинати енергію незалежно одна від одної — і починають діяти узгоджено. Чим більше таких молекул бере участь у процесі, тим вища швидкість накопичення енергії. Іншими словами, чим більша ємність такого акумулятора, тим швидше він заряджається.

Експерименти показали, що квантова батарея здатна заряджатися за фемтосекунди, а збережена енергія утримується вже протягом наносекунд, що приблизно в мільйон разів довше часу зарядки. Прототип накопичує мізерну енергію в обсязі кількох мільярдів електрон-вольт, тому до практичного застосування в смартфонах або електромобілях, якщо до цього дійде справа, у чому багато хто ще сумнівається, йому ще дуже і дуже далеко. Однак до серпня дослідникам вдалося додати додаткові шари в акумулятор, які дозволили витягувати з квантового накопичувача електричний струм, що стало важливим кроком від демонстрації фізичного принципу до повноцінного пристрою.

Головною перевагою запропонованої конструкції є можливість роботи при кімнатній температурі. Інші варіанти квантових батарей, засновані на надпровідних матеріалах, вимагають глибокого охолодження нижче приблизно −150 °C або навіть сильніше, що обмежує їх використання. Тим не менш, фахівці зазначають, що головна проблема поки залишається нерозв'язаною: необхідно навчитися ефективно витягувати накоплену квантову енергію в стабільній і контрольованій формі.

Найбільш імовірним першим застосуванням технології стане живлення квантових обчислювальних систем, де надшвидка передача енергії може знизити енергоспоживання і підвищити масштабованість квантових процесорів. Можливість заміни звичайних акумуляторів у телефонах і електромобілях поки залишається предметом дискусій — навіть вчені з їхньою свободою польоту думки не дозволяють з упевненістю стверджувати про появу подібних продуктів. Принаймні, в обозримому майбутньому.

Скептики вважають, що схема з оптичною резонатором в принципі важкоздійснювана як стабільне джерело контрольованого зняття струму, не кажучи вже про її застосування в побутових пристроях або електромобілях. Надпровідний варіант більш зручний для реалізації, але навряд чи буде розвинутий до роботи з потужними споживачами і точно не підійде для живлення побутових пристроїв. Зате для живлення квантових платформ надпровідний квантовий акумулятор виглядає робочим рішенням, хоча зараз він знаходиться на дуже ранній стадії своєї розробки. Але чи потрібно судити про це так суворо? Світ вперше дізнався про квантові батареї трохи більше десяти років тому — у 2013 році — і навряд чи встиг проникнутися цим відкриттям.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки