Video „Este ceva cu totul contraintuitiv”: bateriile cuantice care răstoarnă regulile încărcării
Oamenii de știință au realizat primul prototip de baterie cuantică din lume și, spre deosebire de bateriile convenționale, aceasta se încarcă mai repede cu cât este mai mare, scrie BBC. Ar putea aceste dispozitive ciudate să alimenteze într-o bună zi calculul cuantic – sau chiar telefonul tău?
Toată lumea știe că, cu cât bateria este mai mare, cu atât durează mai mult să se încarce – de aceea poate dura câteva ore să încarci un laptop și, de obicei, toată noaptea să încarci un vehicul electric.
Aceasta este, oricum, lumea cu care suntem obișnuiți. Dar în lumea celor foarte mici sunt aplicate reguli diferite. Mecanica cuantică (știința materiei la scară atomică și subatomică) „într-un fel răstoarnă [acest lucru] cu susul în jos”, spune James Quach, cercetător în științe cuantice la CSIRO, agenția națională de știință a Australiei.
Quach lucrează la crearea unei baterii cuantice care sfidează bunul simț, cu cât este mai mare, cu atât se încarcă mai repede. La fel cum unii se așteaptă ca computerele cuantice să revoluționeze într-o zi domeniul calculatoarelor, Quach susține că bateriile cuantice ar putea avea un impact la fel de revoluționar.
În martie 2026, echipa sa a realizat o descoperire importantă când a prezentat ceea ce susține că este primul prototip funcțional de baterie cuantică din lume.
Domeniul se află încă la început, iar tehnologia cuantică este, prin natura sa, dificilă. Totuși, unii oameni de știință susțin că aceste baterii ar putea alimenta într-o bună zi dispozitive cuantice, în timp ce cei mai fervenți susținători insistă că ar putea fi folosite chiar și pentru a încărca dispozitive de uz cotidian, precum telefoanele.
Alții, însă, rămân extrem de sceptici cu privire la viabilitatea lor în lumea reală.
Depășirea limitelor energetice
Bateriile convenționale se bazează pe reacții chimice care trimit 10 miliarde de miliarde de electroni sau mai mulți să curgă prin dispozitivul pe care îl alimentează. Sună impresionant, dar unii consideră acum această tehnologie depășită.
„În ciuda îmbunătățirilor tehnologice majore, bateriile moderne se bazează în continuare pe procese electrochimice explorate pentru prima dată acum peste două secole”, spune Dario Ferraro, profesor asociat de fizică la Universitatea din Genova, Italia.
Acest lucru i-a determinat pe unii cercetători să se orienteze către bateriile cuantice – baterii alimentate de efecte cuantice, mai degrabă decât de reacții chimice.
Lumea particulelor extrem de mici este una copleșitor de ciudată. Iar mecanica cuantică nu este străină de concepte care îți pun mintea la încercare, de la particule „încurcate” care se influențează reciproc la distanțe mari până la timpul care curge înapoi.
Cercetarea care a pus bazele bateriilor cuantice a fost inițial motivată de curiozitatea de a afla care dintre legile fizicii clasice ar putea fi răsturnate în lumea cuantică. Un articol de referință din 2015 a demonstrat că, datorită încurcării cuantice, bateriile cuantice s-ar putea încărca – și descărca – mai eficient decât cele convenționale.
„Ideea esențială este că bateriile cuantice nu vizează stocarea unei cantități mari de energie, ci furnizarea acesteia mai rapid și cu un control mai bun”, spune Ferraro.
Un nou prototip
Quach a testat o metodă de a valorifica aceste efecte cuantice pentru a alimenta o baterie.
El folosește o microcavitate optică, un dispozitiv experimental în care două oglinzi minuscule sunt amplasate la o distanță de 100 nm una de cealaltă (o lățime de aproximativ o mie de ori mai subțire decât un fir de păr uman). El umple spațiul minuscul dintre oglinzi cu molecule de colorant organic, apoi direcționează un fascicul laser în interior.
Folosind această metodă, lumina și moleculele se cuplează puternic, formând stări hibride de lumină-materie, ceea ce sporește capacitatea sistemului de a absorbi și stoca energie – un efect cunoscut sub numele de superabsorbție.
Superabsorbția este cea care stă la baza celei mai surprinzătoare proprietăți a bateriei. În fizica clasică, moleculele sunt niște mici individualiste – fiecare acționând pe cont propriu și absorbind energie într-un ritm independent de moleculele din jur. Însă, datorită efectelor cuantice, ele devin puțin mai colectiviste: „acționează la unison și creează sinergii”, spune Quach. „Astfel, rata la care se poate absorbi energia crește odată cu numărul de molecule prezente.”
Aceasta înseamnă că, cu cât sunt mai multe molecule (adică cu cât bateria este mai mare), cu atât se încarcă mai repede. Prototipul lui Quach s-a încărcat în femtosecunde (cuadrilioane de secunde) și a stocat energia timp de nanosecunde, adică cu aproximativ șase ordine de mărime mai mult.
Această realizare a fost demonstrată pentru prima dată de Quach și echipa sa în 2022. În martie 2026, ei au adăugat un nou strat, reușind să extragă un curent electric din prototip. La intensități mai mari, acest curent ar putea fi utilizat pentru a încărca dispozitive.
Metoda microcavității optice a lui Quach nu este singura modalitate de a realiza o baterie cuantică. O altă abordare, de exemplu, utilizează materiale supraconductoare – deja utilizate pe scară largă în calculul cuantic.
Un mare avantaj al proiectului lui Quach este însă faptul că funcționează la temperatura camerei. Proiectele superconductoare funcționează doar la temperaturi criogenice, începând de la valori sub -150 °C (-238 °F). „Acest lucru este potrivit pentru calculatoarele cuantice, dar nu este atât de util pentru alimentarea telefonului mobil”, spune Quach.
„Dacă obiectivul este de a demonstra că avantajul încărcării cuantice este un fenomen fizic real… calea microcavității optice este cea mai bună opțiune”, afirmă Mauro Paternostro, fizician cuantic la Universitatea Queen’s din Belfast.
Pe termen lung însă, Paternostro consideră că modelul supraconductor ar putea avea un avantaj în ceea ce privește aplicațiile practice, deoarece este mai ușor de extras energia din acesta. „O microcavitate oferă o demonstrație frumoasă a ansamblului, dar un control slab asupra recuperării energiei într-o formă utilă și direcționată.”
O stare delicată
Cel mai recent experiment al lui Quach reprezintă un prim pas timid către o baterie cuantică care ar putea înlocui într-o zi bateriile convenționale. Cu toate acestea, în prezent, prototipul de baterie poate stoca doar o cantitate foarte mică de energie – câteva miliarde de electronvolți – timp de câteva nanosecunde. Pentru a alimenta dispozitive convenționale, ar trebui să stocheze mult mai multă energie pentru o perioadă mult mai lungă.
Quach afirmă că, de fapt, a reușit deja acest lucru cu un nou prototip pe care l-a construit și că lucrează acum la un articol pentru a publica rezultatele. Acesta utilizează „o structură hibridă”, spune el, care include componente cuantice pentru a permite încărcarea ultra-rapidă, la care se adaugă straturi clasice pentru a stoca energia pe o perioadă mai lungă.
De asemenea, el intenționează să combine mai multe baterii cuantice microscopice pentru a le crește capacitatea totală. „Dacă realizăm aceste două lucruri, atunci suntem pe cale să putem alimenta un dispozitiv convențional”, spune el.
Cu toate acestea, alți oameni de știință rămân sceptici, având în vedere că efectele cuantice sunt notoriu fragile și pot fi ușor perturbate de observare sau interferență. „Interacțiunile cu mediul înconjurător pot degrada rapid efectele [cuantice], limitând atât performanța, cât și scalabilitatea”, spune Ferraro, ceea ce ar putea compensa o parte din beneficiile așteptate ale bateriilor cuantice. Rezolvarea acestei probleme este „crucială pentru a trece bateriile cuantice de la teorie la aplicații în lumea reală”, adaugă el.
O lume cuantică
Progresele în domeniul bateriilor cuantice – dacă vor fi vreodată realizate – vor avea probabil un impact mai întâi asupra calculului cuantic. Calculatoarele cuantice promit că, într-o bună zi, vor executa sarcini mai rapid decât cele mai rapide supercalculatoare, iar specialiștii în tehnologie au avertizat că acestea ar putea pune în pericol criptarea la nivel global.
Alții, însă, sunt mai sceptici: un articol recent, de exemplu, a menționat calculatoarele cuantice alături de energia de fuziune și interfețele creier-calculator ca fiind printre tehnologiile descrise mereu ca fiind „la cinci ani distanță”.
Quach susține însă că este probabil să reușească alimentarea dispozitivelor cuantice cu baterii cuantice în laboratorul său în următorii câțiva ani. Dacă acest lucru va fi posibil, ar putea reduce cantitatea de energie consumată de calculatoarele cuantice, precum și le-ar face mai rapide și mai puțin predispuse la erori, permițând o scalare mai rapidă a acestora, susține el.
Quach este mai puțin sigur în ceea ce privește utilizarea acestora pentru alimentarea dispozitivelor convenționale. Ar trebui să fie viabil într-o bună zi, spune el, subliniind faptul că bateria este încărcată cu un laser, ceea ce înseamnă că ar putea, potențial, „să încarce vehiculele electrice în timpul deplasării”. Acest lucru ar elimina cu totul necesitatea ca șoferii să oprească pentru a reîncărca.
Ferraro este însă sceptic cu privire la posibilitatea ca bateriile cuantice să devină vreodată o normă în afara aplicațiilor cuantice. „În opinia mea… este puțin probabil ca bateriile cuantice să înlocuiască bateriile convenționale în aplicații cotidiene, precum telefoanele mobile sau vehiculele electrice”, afirmă el. „Domeniul lor natural este scara cuantică.”
Marea problemă nerezolvată în acest moment, spune Paternostro, este valorificarea avantajului încărcării cuantice, extragând în același timp energia într-o stare controlată și utilizabilă. Cine va reuși acest lucru, spune el, „va fi realizat adevărata descoperire revoluționară”.
Editor : Ana Petrescu
Urmărește știrile Digi24.ro și pe Google News
