Вчені продемонстрували теоретичну модель батареї, яка здатна заряджатися і зберігати енергію практично без втрат. Це відкриття базується на унікальних властивостях квантової механіки, повідомляє SciTechDaily.

Які проблеми виникають у квантових акумуляторах?

Квантові акумулятори — це теоретичні мініатюрні пристрої, які для зберігання енергії використовують не хімічні реакції, а квантові ефекти, такі як суперпозиція і заплутаність. Теоретично, вони мають ряд переваг перед класичними батареями: прискорене заряджання, підвищена ємність і більш ефективна передача заряду.

Однак досі створити працюючий прототип не вдавалося. Головна проблема полягає в декогеренції: у реальних умовах квантові системи швидко втрачають свої унікальні властивості через взаємодію з навколишнім середовищем, що призводить до втрат ємності та зниження ефективності.

Які нові рішення запропонували вчені?

Команда експертів з японського центру RIKEN і китайського Хуачжунського університету науки і технологій запропонувала використовувати топологічні матеріали, зокрема фотонні хвилеводи. Топологічні матеріали мають властивості, які залишаються незмінними навіть під час деформації.

Вчені об’єднали топологічні характеристики фотонних хвилеводів із квантовою поведінкою дворівневих атомів. Така конструкція дозволяє передавати енергію (фотони) на великі відстані практично без втрат і розсіювання, навіть якщо хвилевід вигнутий або має дефекти.

Найдивовижнішим відкриттям стало те, що розсіювання енергії, яке завжди вважалося головним ворогом ефективності, за певних умов може тимчасово збільшувати потужність заряджання. Виявилося, що коли розсіювання перевищує певний критичний поріг, потужність зарядки короткочасно зростає, порушуючи всі класичні уявлення.

Де можуть бути застосовані ці технології?

Хоча це поки що лише теоретична модель, вона відкриває шлях до створення реальних високопродуктивних пристроїв для мікрозберігання енергії. У майбутньому такі квантові батареї можуть знайти застосування в:

• джерелах живлення в наномасштабі для мініатюрних роботів і сенсорів;
• оптичному квантовому зв’язку для надзахищеного передавання даних;
• розподілених квантових обчислювальних мережах.

Раніше повідомлялося про ще одне несподіване відкриття: батареї майбутнього можуть бути виготовлені з гелю. Уперше у світі вдалося створити металевий гель — матеріал на основі кількох металів із властивостями гелю. Ця новинка може повністю змінити форму зберігання енергії в рідкометалевих батареях.