Znanstvenici su napravili prvi prototip kvantne baterije na svijetu koja se, za razliku od konvencionalnih baterija, puni brže što je veća.

Prvi funkcionalni prototip ove baterije napravljen je u ožujku ove godine. Ove bi baterije jednog dana mogle napajati kvantne uređaje, a možda čak i pametne telefone.

Ipak, ne dijele svi taj optimistični stav.

Kvantni efekti umjesto kemije

Konvencionalne baterije oslanjaju se na kemijske reakcije koje šalju 10 milijardi milijardi elektrona ili više kroz uređaj koji napajaju.

Unatoč velikim tehnološkim poboljšanjima, moderne baterije i dalje se oslanjaju na elektrokemijske procese prvi put istražene prije više od dva stoljeća.

Novija istraživanja okrenula su se baterijama koje se napajaju kvantnim efektima, a ne kemijskim reakcijama.

Istraživanje koje je postavilo temelje u početku je bilo potaknuto znatiželjom o tome koji bi se zakoni klasične fizike mogli preokrenuti u kvantnom svijetu.

Rad iz 2015. godine koji je bio prekretnica pokazao je kako kvantna isprepletenost znači da bi se kvantne baterije mogle puniti - i prazniti - učinkovitije od konvencionalnih. Takve baterije ne bi nužno pohranjivale velike količine energije, već bi ju brže isporučivale, uz veću razinu kontrole.

Mikrošupljinom do superapsorpcije

U jednom od testova kvantnih efekata za napajanje baterije u eksperimentalnom postavu dva su sićušna zrcala postavljena na udaljenosti od 100 nanometara (širina oko tisuću puta tanja od ljudske kose) korištenjem optičke mikrošupljine.

Prostor između zrcala biva ispunjen organskim molekulama boje, koje se zatim emitira laserom.

Korištenjem ove metode, svjetlost i molekule postaju snažno povezane, formirajući hibridna stanja svjetlosti i materije, što poboljšava sposobnost sustava za upijanje i pohranu energiju - efekt poznat kao superapsorpcija.

Upravo je superapsorpcija odgovorna za iznenađujuće svojstvo baterije.

U klasičnoj fizici, molekule su mali individualisti - svaka djeluje samostalno i apsorbira energiju brzinom neovisnom o molekulama oko sebe.

Ali, s kvantnim efektima, one djeluju usklađeno i sinergijski. Brzina kojom mogu apsorbirati energiju raste s brojem molekula koje postoje. Što je više molekula (tj. što je baterija veća), to se brže puni.

Prototipu su trebale femtosekunde (kvadrilijuniti dijelovi sekunde) za punjenje, a energiju je pohranjivao nanosekundama, oko šest redova veličine dulje.

To je postignuto još 2022. U ožujku ove godine dodan je novi sloj i uspješno izvučena električna struja iz prototipa koja bi, teoretski, mogla poslužiti za punjenje uređaja.

Metoda optičke mikrošupljine nije jedini način za izradu kvantne baterije.

Drugi pristup, na primjer, koristi supravodljive materijale koje se već široko koristi u kvantnom računarstvu.

Međutim, prednost pristupa s mikrošupljinom je to što radi na sobnoj temperaturi. Supravodljivi dizajni rade samo na kriogenim temperaturama ispod -150 °C, što nije praktično za uređaje poput mobitela.

Neizvjestan izlazak iz kvantnog svijeta

Trenutno prototip baterije može držati samo vrlo malu količinu energije - nekoliko milijardi elektron volti - tijekom nekoliko nanosekundi.

Za napajanje konvencionalnih uređaja, trebalo bi pohraniti puno više energije puno dulje.

Noviji eksperimenti su to već postigli korištenjem hibridne strukture koja uključuje kvantne komponente kako bi se omogućilo super brzo punjenje s klasičnim slojevima dodanim za dulje pohranjivanje energije.

Također je u planu kombiniranje više mikroskopskih kvantnih baterija kako bi povećao njihov ukupni kapacitet.

Hoće li to biti uspješno, dvojbeno je. Kvantni efekti notorno su krhki i lako ih poremeti promatranje ili interferencija.

Ako do napretka u razvoju kvantnih baterija dođe, vjerojatno će prvo utjecati na kvantno računarstvo, smanjujući količinu energije koju kvantna računala troše, ali ih i učiniti bržim i manje sklonim pogreškama.

Veliki neriješeni problem je korištenje prednosti kvantnog punjenja uz istovremeno povlačenje energije u kontroliranom, upotrebljivom stanju. Tko god to postigne, napravit će pravi proboj, piše BBC.