Исследователи из Государственного объединения научных и прикладных исследований Австралии разработали прототип квантовой батареи, который противоречит традиционным принципам накопления энергии. В этой системе скорость зарядки растет пропорционально увеличению физических размеров устройства. Это достигается благодаря использованию квантовых эффектов вместо стандартных химических реакций. Устройство состоит из оптической микрополости, где два зеркала расположены на расстоянии 100 нанометров друг от друга, что в тысячу раз тоньше человеческого волоса.
Внутреннее пространство микрополости заполнено молекулами органического красителя, которые подвергаются излучению лазера. Взаимодействие света с молекулами создает гибридные состояния вещества, известные как поляритоны. Возникает явление суперпоглощения, во время которого молекулы переходят в коллективное состояние вместо индивидуального поглощения энергии. Именно это коллективное поведение позволяет системе заряжаться быстрее при увеличении количества молекул, что составляет главное отличие от привычных литий-ионных аккумуляторов, где зарядка замедляется с увеличением емкости.
Текущий прототип демонстрирует способность заряжаться за фемтосекунды, при этом энергия сохраняется в течение наносекунд, что в миллион раз дольше процесса зарядки. На данном этапе объем накопленной энергии составляет лишь несколько миллиардов электрон-вольт. Этой величины недостаточно для питания бытовой электроники или транспортных средств. Однако ученые успешно продемонстрировали возможность извлечения электрического тока из квантовой системы, что является важным шагом к созданию функциональной технологии накопления энергии.
Одним из ключевых преимуществ этой разработки является стабильная работа при комнатной температуре. Предыдущие концепции квантовых батарей требовали использования сверхпроводящих материалов и охлаждения до температур ниже минус 150 градусов по Цельсию. Способность к работе в обычных условиях значительно упрощает потенциальное внедрение технологии в будущем. Ученые рассматривают квантовые компьютеры как первую сферу применения, поскольку это позволит уменьшить энергопотребление вычислительных систем и повысить их стабильность.
Основной сложностью остается извлечение накопленной энергии в стабильной и контролируемой форме. Квантовые состояния уязвимы к внешним помехам, что может приводить к быстрой потере данных или энергии. Исследовательская группа сейчас изучает гибридные конструкции, которые сочетают квантовые элементы для быстрого заряда с обычными слоями для длительного хранения. Полученные результаты на данный момент проходят детальный анализ для дальнейшей публикации в научной литературе и верификации физических показателей работы устройства.
