Μια ομάδα φυσικών του Εθνικού Πανεπιστημίου Τσενγκ Κουνγκ στην Ταϊβάν έκανε μια πρωτοποριακή ανακάλυψη στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας, αποδεικνύοντας ότι οι μπαταρίες που αξιοποιούν την κυματοειδή φύση των φορτισμένων σωματιδίων θα μπορούσαν να είναι δραματικά καλύτερες σε σχέση με τις παραδοσιακές μπαταριές ηλεκτροχημικών κυψελών που υπάρχουν σήμερα σε όλες τις τεχνολογικές συσκευές, από τα smartphones μέχρι τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Αυτές οι νέες κβαντικές μπαταρίες θα μπορούν θεωρητικά να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια και να φορτίζουν με πρωτοφανείς ταχύτητες, μεταμορφώνοντας ενδεχομένως κάθε συσκευή και διαδικασία που βασίζεται σε αποθήκευσης ενέργειας.

Περνώντας σε λεπτομέρειες, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα νέο πρωτόκολλο που αξιοποιεί την αρχή της υπέρθεσης της κβαντικής φυσικής, όπου τα σωματίδια βρίσκονται ταυτόχρονα σε πολλαπλές καταστάσεις. Αυτό επιτρέπει την ταχεία και αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας. Χρησιμοποιώντας ένα παγιδευμένο ιόν σε μια κατάσταση υπέρθεσης γνωστή ως qubit, η ομάδα διεξήγαγε πειράματα για να αξιολογήσει τις δυνατότητες μεταφοράς ενέργειας αυτού του κβαντικού συστήματος. Το ιόν, όταν πέρασε μέσα από έναν ανακλαστικό χώρο, επέδειξε σημαντική ικανότητα για απόκτηση ενέργειας, υποδεικνύοντας τη δυνατότητα για εξαιρετικά αποτελεσματική φόρτιση.

Στη συνέχεια, το πείραμά της ομάδας περιελάμβανε τη διάσπαση του κύματος του ιόντος σε δύο δέσμες και την ανάλυση της αποθήκευσης ενέργειας καθώς αυτό κινούνταν μέσω πολλαπλών σημείων εισόδου σε μία μόνο κοιλότητα και στη συνέχεια σε πολλαπλές κοιλότητες. Τα ευρήματα αποκάλυψαν ότι η κατάσταση υπέρθεσης του ιόντος επέτρεψε μια αποτελεσματική διαδικασία φόρτισης.

Μάλιστα, η προσέγγιση «πολλές πόρτες, ένα δωμάτιο» που δοκίμασαν οι επιστήμονες προκάλεσε ένα φαινόμενο παρεμβολής που θα μπορούσε θεωρητικά να οδηγήσει σε «τέλεια φόρτιση», κάτι που σημαίνει πλήρη μετατροπή της ενέργειας σε κάθε στάδιο της φόρτισης με μηδενικές απώλειες!

Η ομάδα επικύρωσε το πρωτόκολλό της χρησιμοποιώντας την κβαντική πλατφόρμα IBM Quantum Platform και το κβαντικό υλικό της IonQ, παρέχοντας για την ώρα ένα  proof-of-concept για αυτή την προηγμένη μέθοδο αποθήκευσης ενέργειας. Φυσικά, απέχουμε πολλά χρόνια ακόμη από κάποια πρακτική εφαρμογή, αφού έχουμε να κάνουμε με προσομοίωση, αλλά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η κβαντική τεχνολογία μπορεί να φέρει επανάσταση και για τις μπαταρίες!

Η εν λόγω έρευνα αναρτήθηκε στο Physical Review Research στις 7 Μαΐου με τίτλο ‘Quick charging of a quantum battery with superposed trajectories’. Μπορείτε να τη βρείτε πατώντας εδώ.