Kvantna baterija podira zakonitosti klasičnega polnjenja

Raziskovalci iz avstralske nacionalne znanstvene agencije CSIRO pod vodstvom Jamesa Quacha so dosegli izjemen uspeh. Razvili so prototip kvantne baterije, ki ne temelji na običajnih kemijskih reakcijah, temveč izkorišča nenavadne kvantne lastnosti za shranjevanje energije. Ekipi je uspelo dokazati tudi, da lahko naprava oddaja električni tok, kar ta koncept približuje uporabni tehnologiji.

Sama struktura prototipa je izjemno majhna. Osnovo namreč tvori optična mikrovotlina z dvema drobnima ogledaloma, ki sta narazen le za približno 100 nanometrov, kar je skoraj tisočkrat tanjše od človeškega lasu. Prostor med ogledaloma je zapolnjen z molekulami organskega barvila, nato pa se celotna struktura osvetli z laserjem. Preprosta interakcija med svetlobo in molekulami ustvari hibridno stanje svetlobe in snovi, imenovano »polariton«.

Ob tem nastane pojav, znan kot superabsorpcija. Molekule začnejo delovati skupaj in ne več posamično, kar spremeni pravila igre. Več kot je molekul v sistemu, hitreje sposobne so absorbirati energijo. To pomeni, da se večja kvantna baterija napolni hitreje kot manjša, kar je povsem nasprotno od baterij v naših današnjih pametnih telefonih ali električnih avtomobilih.

Čeprav se naprava napolni izjemno hitro, pa je zadrževanje energije še vedno precejšen izziv. Shranjeno energijo obdrži le nekaj nanosekund, kar je sicer več kot milijonkrat dlje od časa polnjenja, a še vedno prekratko. Tudi sama količina shranjene energije je zanemarljiva in meri le nekaj milijard elektronskih voltov. Zaradi tega je uporaba v vsakdanjih napravah zaenkrat še daleč.

Velika prednost te avstralske rešitve pa je v tem, da deluje pri običajni sobni temperaturi. Druge zamisli kvantnih baterij namreč zahtevajo superprevodne materiale in ekstremno hlajenje pod −150 °C, kar je izven laboratorijev težko izvedljivo.

Glede na trenutne omejitve se zdi, da bodo kvantne baterije najprej našle mesto v kvantnih računalnikih. S to tehnologijo bi lahko zmanjšali porabo energije kvantnih sistemov, povečali njihovo hitrost ter zmanjšali število napak. Glavni izziv pa ostaja: kako shranjeno energijo odvzeti na stabilen, nadzorovan in praktičen način?

Kvantna stanja so namreč zelo občutljiva na okolje. Del znanstvenikov zato že razmišlja o hibridnih zasnovah, ki bi združevale hitro kvantno polnjenje s klasičnimi plastmi za dolgotrajno shranjevanje. Za zdaj gre za vznemirljiv znanstveni preizkus, ki pa še čaka na svojo praktično potrditev.