Учёные представили квантовую батарею, заряжающуюся за фемтосекунды

Учёные из австралийского национального научного агентства CSIRO создали прототип квантовой батареи с уникальным свойством: скорость её зарядки возрастает с увеличением размера. Исследователи также смогли извлечь электрический ток из накопленной энергии, что приближает концепцию к созданию полноценного устройства для хранения энергии.

Разработкой занимается группа квантового физика Джеймса Куача. В отличие от литий-ионных аккумуляторов, прототип не полагается на химические реакции для накопления энергии. Вместо этого он основан на коллективных квантовых эффектах взаимодействия света и материи.

Основой устройства служит оптическая микрополость, состоящая из двух крошечных зеркал, находящихся на расстоянии примерно 100 нанометров друг от друга — приблизительно в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса. Промежуток между зеркалами заполнен молекулами органического красителя и освещается лазером.

Взаимодействие фотонов с молекулами создает гибридные состояния света и вещества — поляритоны. При этом возникает эффект сверхпоглощения: молекулы начинают коллективно поглощать энергию, а не независимо друг от друга.

Именно здесь проявляется ключевое необычное свойство технологии. Чем больше молекул вовлечено в систему, тем быстрее происходит поглощение энергии. Таким образом, увеличение размера квантовой батареи теоретически не замедляет её зарядку, как можно было бы ожидать от традиционного аккумулятора, а наоборот — ускоряет.

Экспериментальный образец заряжается за фемтосекунды — квадриллионные доли секунды. Накопленная энергия сохраняется в течение наносекунд, что примерно в миллион раз дольше самого процесса зарядки.

Тем не менее, до создания аккумулятора для смартфона или электромобиля технологии все еще далеки. Ёмкость текущего прототипа крайне мала — всего несколько миллиардов электрон-вольт. Основная задача исследователей заключается не только в увеличении этого показателя, но и в стабильном извлечении накопленной энергии.

Новый эксперимент стал важным шагом в этом направлении. Команда добавила в конструкцию дополнительный слой, который позволил получить электрический ток от квантовой батареи. Подробные результаты еще анализируются и будут представлены в отдельной научной статье.

Ещё одним преимуществом разработки CSIRO является работа при комнатной температуре. Некоторые альтернативные концепции квантовых батарей используют сверхпроводники и требуют охлаждения ниже примерно -150 °C, что значительно усложняет практическое применение.