Baterie kwantowe to jeden z tych konceptów, z którymi wiąże się nadzieje na technologiczną rewolucję. Wykorzystując zjawiska takie jak kwantowe splątanie, naukowcy chcieliby zbudować akumulatory, których możliwości znacznie przewyższyłyby możliwości obecnie istniejących baterii.

A to mogłoby wpłynąć na najważniejszy sektor motoryzacji, czyli samochody elektryczne. Ich popularność stale rośnie i są już produkowane przez praktycznie każdy liczący się koncern motoryzacyjny. Jednak ciągle mają wady utrudniające zastąpienie nimi samochodów spalinowych na masową skalę.

Jakie to wady? Niestety, czas ładowania ich akumulatorów ciągle jest bardzo długi. Ładowanie „elektryka” może trwać kilkanaście godzin. I nawet jeśli mamy superdrogie auto wyposażone w najnowocześniejsze technologie, na postój na stacji będziemy musieli poświęcić 20–40 minut.

Czas na baterie kwantowe

By coś się w tej sprawie zmieniło, koniecznie jest nie tylko dalsze rozwijanie już istniejących technologii, ale również szukanie zupełnie nowych. Jakich? W 2012 r. dwóch badaczy – prof. Robert Alicki z Uniwersytetu Gdańskiego i prof. Mark Fannes z Uniwersytetu Leuven – opublikowało pracę dowodzącą, że teoretycznie może istnieć coś takiego jak bateria kwantowa.

Bazowałaby ona na przechowujących energię ogniwach kwantowych. Miałyby one różne stany, reprezentujące wysoki i niski poziom energii. Alicki i Fannes zauważyli, że im więcej splątanych kwantowo ogniw wchodziłoby w skład baterii, tym szybciej przechodziłaby ze stanu niskiej energii do wysokiej. Czyli – tym szybciej by się ładowała.

Czy baterie kwantowe mają szanse działać?

Dziesięć lat temu cała ta koncepcja była wyłącznie w sferze rozważań teoretycznych. Alicki i Fannes zaznaczyli, że nie wiadomo jeszcze, z czego można by zbudować kwantową baterię. Ich praca okazała się jednak inspirująca dla całej rzeszy naukowców, którzy zaczęli intensywnie badać zagadnienie kwantowych akumulatorów.

Odkrycia szły w dwóch kierunkach. Jednym było dalsze budowanie podstaw teoretycznych. Drugim – szukanie praktycznych rozwiązań inżynieryjnych. Na obu polach odnoszono sukcesy. W styczniu 2022 roku zespół Jamesa Quacha z Uniwersytetu w Adelajdzie ogłosił, że udało mu się przeprowadzić pierwszy praktyczny eksperyment potwierdzający istnienie zależności między wielkością baterii kwantowej a czasem jej ładowania.

Jak szybko będzie ładował się samochód na baterie kwantowe?

Z kolei trzyosobowa grupa naukowców z Narodowego Uniwersytetu w Seulu opracowała inny aspekt zagadnienia baterii kwantowych – dokładny sposób ładowania ich ogniw. Ich praca została właśnie opublikowana w czasopiśmie naukowym „Physical Review Letters”.

Naukowcy najpierw opracowali konkretny schemat działania baterii składającej się z ogniw kwantowych. Następnie dokładnie policzyli, jaką oszczędność czasu dałoby się dzięki temu uzyskać podczas postoju na stacji.

Przyjmując, że mamy auto elektryczne z akumulatorem składającym się z 200 ogniw, stwierdzili, że tempo ładowania również wzrosłoby 200-krotnie. A więc czas ładowania skróciłby się z dziesięciu godzin do trzech minut. Jeśli zaś mielibyśmy superszybką stację ładującą, zamiast spędzić na niej pół godziny, ładowanie samochodu potrwałoby zaledwie kilka sekund.

Badacze zwracają uwagę, że kwantowe baterie mogą być przydatne nie tylko w autach elektrycznych czy osobistej elektronice. Mogłyby być stosowane również w przyszłych elektrowniach termojądrowych, gdzie istotne jest błyskawiczne dostarczanie ogromnych ilości energii. Przypominają jednak, że technologie kwantowe ciągle są „w wieku niemowlęcym”. Na ich „dorośnięcie” będziemy więc musieli jeszcze trochę poczekać.  


Źródła: arxiv, Eurekalert.