Австралийские учёные из Национального научного агентства CSIRO представили первый рабочий прототип квантовой батареи с необычным свойством: чем больше её ёмкость, тем быстрее она заряжается. У обычных аккумуляторов всё наоборот — рост ёмкости увеличивает время зарядки.
Первую демонстрацию концепции показали ещё весной, но тогда снять полезный ток с устройства не удавалось. Теперь разработчики добавили дополнительный рабочий слой, что позволило продемонстрировать практически полноценную работу накопителя. Подробности пока не раскрываются — данные готовят к публикации в научной статье.
Главное преимущество конструкции — работа при комнатной температуре. Альтернативные сверхпроводящие квантовые батареи требуют охлаждения ниже −150 °C, что серьёзно ограничивает их применение.
В основе прототипа — оптическая микрополость: два зеркала на расстоянии около 100 нм друг от друга, между которыми находятся молекулы органического красителя. Под действием лазера возникает сильная связь между фотонами и молекулами, формируются гибридные квазичастицы — поляритоны.
Это приводит к эффекту сверхпоглощения: молекулы перестают поглощать энергию независимо друг от друга и начинают действовать согласованно. Чем больше молекул участвует в процессе, тем выше скорость накопления энергии.
Именно коллективное поведение частиц объясняет парадокс: чем крупнее квантовый накопитель, тем быстрее происходит зарядка.
Эксперименты показали, что заряд накапливается за фемтосекунды, а удерживается в течение наносекунд — это примерно в миллион раз дольше времени зарядки. Пока энергия измеряется в единицах порядка нескольких миллиардов электрон-вольт, что крайне мало для практического применения.
Наиболее реалистичная область использования технологии — питание квантовых вычислительных систем. Сверхбыстрая передача энергии могла бы снизить энергопотребление и повысить масштабируемость квантовых процессоров.
Возможность замены обычных батарей в смартфонах и электромобилях остаётся под вопросом даже среди самих исследователей — в обозримом будущем таких продуктов ждать не стоит.
Скептики отмечают, что схема на основе оптического резонатора сложно масштабируется как стабильный управляемый источник тока. Сверхпроводящий вариант проще в реализации, но подходит скорее для питания квантовых платформ, а не бытовых устройств.
Первые сообщения о концепции квантовых батарей появились ещё в 2013 году, так что тема остаётся относительно молодой и малоизученной широкой публикой.