CSIRO представила прототип квантовой батареи с зарядкой за фемтосекунды
Учёные из CSIRO представили прототип квантовой батареи, которая заряжается за фемтосекунды благодаря эффекту суперпоглощения. Это первый концепт-узел, способный генерировать полезный электрический ток, хотя его ёмкость пока остаётся микроскопической.
В классической физике увеличение размера системы хранения энергии обычно означает увеличение времени её зарядки. Квантовая механика предлагает иную логику через явление, известное как суперпоглощение. В этом режиме молекулы перестают действовать как изолированные частицы и начинают функционировать как единая согласованная коллективная система. Чем больше молекул упаковано в структуру, тем быстрее они совместно поглощают входящую энергию.
Команда под руководством квантового физика James Quach построила доказательство концепции с использованием оптической микрополости. Это крошечная структура, состоящая из двух зеркал, расположенных на расстоянии примерно 100 нанометров друг от друга, между которыми подвешены органические красители. При попадании лазерного луча в полость свет и материя запутываются в гибридное состояние. Вместо поглощения фотонов по одному вся система поглощает свет одновременно.
Разработка была осуществлена CSIRO совместно с The University of Melbourne и RMIT. Прототип заряжается за фемтосекунды, что составляет одну триллионную долю секунды. Однако система удерживает этот заряд лишь несколько наносекунд. Относительно процесса зарядки время удержания энергии примерно в миллион раз дольше. Важным прорывом этой итерации стало то, что благодаря добавлению дополнительного функционального слоя команде впервые удалось извлечь реальный полезный электрический ток из квантовой ячейки.
Несмотря на впечатляющую скорость, технология сталкивается с серьёзными ограничениями. В текущей лабораторной форме прототип хранит микроскопическую ёмкость, измеряемую в миллиардах электрон-вольт. Для сравнения, средняя батарея смартфона содержит примерно в 100 триллионов раз больше энергии. Кроме того, поддержание хрупкой квантовой когерентности без разрушения заряда из-за фонового теплового шума остаётся постоянной проблемой для исследователей.
Ранние практические применения, вероятно, будут сосредоточены на узкоспециализированном оборудовании. К ним относятся обеспечение точного питания с низкими потерями для квантовых компьютеров или беспроводная передача мгновенных импульсов лазерной энергии беспилотным летательным аппаратам в полёте. Команда CSIRO в настоящее время тестирует гибридные архитектуры, которые сочетают их суперпоглощающие квантовые слои со стандартными средами хранения, способными удерживать заряд в течение более длительных периодов.
Гика
