Kvantové batérie, ktoré využívajú princípy kvantovej mechaniky namiesto chemických reakcií, predstavujú nový míľnik vo vývoji energetických úložísk. V porovnaní s klasickými lítiovými článkami sľubujú extrémne rýchle nabíjanie, vyššiu hustotu energie a potenciál pre nanosystémy budúcnosť, píše Interesting Engineering.

Ich praktická realizácia však doteraz narážala na zásadný problém: kvantové javy ako superpozícia a previazanie sú mimoriadne citlivé na rušenie a straty energie, ktoré vedú k tzv. dekoherencii.

Stabilita a s nízkymi stratami

Najnovší teoretický výskum z Centra pre kvantové výpočty RIKEN v spolupráci s čínskymi fyzikmi z Chu-čungu navrhuje riešenie tejto prekážky v podobe topologickej kvantovej batérie. Ide o inovatívny systém, ktorý spája kvantové vlastnosti atómov s topologickými efektmi fotónových vlnovodov – štruktúr, ktoré usmerňujú svetlo a zároveň sú odolné voči deformáciám ako skrútenie či ohyb.

Práve topologická stabilita umožňuje, aby sa energia prenášala medzi nabíjačkou a batériou na veľké vzdialenosti bez strát. Výskumníci dokázali, že v rámci konkrétnej konfigurácie možno dosiahnuť úplnú odolnosť voči disipácii, čo je doteraz nevídaný výsledok v oblasti kvantových úložísk.

Zvlášť prekvapivým zistením bolo, že energetické straty, ktoré sú za bežných okolností škodlivé, môžu v určitých fázach procesu dočasne zvýšiť výkon nabíjania. Tento efekt by sa mohol cielene využiť na optimalizáciu rýchlosti nabíjania kvantových systémov.

IBM

Na ceste k praktickému využitiu

Aj keď zatiaľ ide o teoretický návrh, praktický vývoj kvantových batérií napreduje. V Austrálii bol nedávno predstavený prototyp založený na mikrorezonátore, kde svetlo medzi zrkadlami excituje organické molekuly, ktoré následne akumulujú energiu. V Taliansku zase vyvinuli kvantovú batériu pracujúcu so spinmi elektrónov, ktoré predstavujú stabilnú formu kvantového uchovávania energie.

Kvantové batérie môžu v budúcnosti poháňať nielen miniatúrne senzory, ale aj kvantové počítače, satelity či vysoko zabezpečené komunikačné siete. Výskum topologických riešení prináša nový prístup, ako prekonať limity kvantových technológií a urobiť z nich nielen výskumnú kuriozitu, ale spoľahlivý základ pre budúce aplikácie v reálnom svete.

Čítajte viac z kategórie: Novinky