U tipičnoj bateriji, napunjeni joni prolaze u jednom pravcu kroz more drugih čestica dok se baterija puni, pre nego što se trkaju nazad u drugom smeru da bi oslobodili uskladištenu energiju na znak.
Joni idu napred-nazad, neki se usput usmeravaju, sve dok se kapacitet baterije ne isprazni, a ona prebrzo gubi energiju da bi bila od bilo kakve koristi.
Ali fizičari, dobro im je, zamišljaju nove načine skladištenja energije u zgodnim prenosivim uređajima koristeći čudan kvantni fenomen koji izvrće vreme, između ostalih neuobičajenih dešavanja.
„Trenutne baterije za uređaje male snage, kao što su pametni telefoni ili senzori, obično koriste hemikalije kao što je litijum za skladištenje punjenja, dok kvantna baterija koristi mikroskopske čestice poput niza atoma“, objašnjava Juanbo Čen, diplomirani student fizike na Univerzitetu u Tokio.
U svom najnovijem radu, Čen se udružio sa fizičarem Gaoian Zhuom iz Pekinškog istraživačkog centra za računarske nauke, dela Kineske akademije za inženjersku fiziku, i kolegama kako bi testirali ideju stvaranja kvantne baterije koja omogućava istovremene faze punjenja, čime se poboljšava energija skladištenje i termička efikasnost.
„Dok su hemijske baterije vođene klasičnim zakonima fizike, mikroskopske čestice su kvantne po prirodi, tako da imamo priliku da istražimo načine njihovog korišćenja koji savijaju ili čak razbijaju naše intuitivne predstave o tome šta se dešava u malim razmerama“, kaže Čen.
Čen, Žu i kolege svakako nisu prva grupa koja je zamislila kako bi kvantna baterija mogla da funkcioniše, ali su svoje ideje eksperimentalno testirali u laboratorijskoj klupi punoj raspoređenih lasera, sočiva i ogledala.
U 2019. godini, tim kanadskih istraživača izložio je nacrt za kvantnu bateriju koja nikada ne gubi napunjenost. Njihova ideja, koja je još uvek potpuno teoretska, zavisi od drugačijeg kvantnog mehanizma: onog koji uključuje namamljivanje kvantnih komponenti u ‘tamno stanje’ gde materijal ne može da stupi u interakciju sa okolinom niti da izgubi energiju.
Pristup Džua i njegovih kolega sledi kvantni fenomen poznat kao superpozicija, koji se obično naziva kvantnim računarstvom, i gde čestice postoje u naletu mogućih stanja do trenutka kada se mere.
Ovo preklapanje mogućnosti takođe se meša sa prirodnim redosledom vremena, nedavno su pokazali istraživači.
U klasičnoj fizici i svakodnevnom životu, događaji se mogu odvijati samo u linearnom ili fiksnom redosledu. Razmislite o uzroku pre efekta, ili događaju A (tresanje prekidača) pre događaja B (svetlo se upali).
U kvantnom području, međutim, taj linearni poredak se ruši i superpozicija omogućava da se događaji odvijaju duž dva paralelna puta odjednom. Na neki način, ovo se meša sa vremenom jer događaj koji sledi za drugim takođe može uticati na ishod događaja kao da je došao pre, jer su oba reda događaja, A pre B i B pre A, istovremeno tačna.
„Jednostavno rečeno, otkriveno je da zakoni kvantne mehanike dozvoljavaju kvantnu superpoziciju kauzalnih poredaka“, objašnjavaju Žu i kolege.
Da bi to primenili na skladištenje energije, istraživači su realizovali ovaj čudan proces pomoću kvantnog prekidača, testirali nekoliko različitih konfiguracija punjača i kreirali sistem koji može istovremeno da povuče iz dva punjača.
„Pokazali smo da način na koji punite bateriju sačinjenu od kvantnih čestica može drastično uticati na njene performanse“, kaže Čen. „Videli smo ogromne dobitke i u energiji uskladištenoj u sistemu i u toplotnoj efikasnosti.
„Štaviše, otkrivamo kontraintuitivni efekat da relativno manje moćan punjač garantuje napunjenu bateriju sa više energije uz veću efikasnost“, navode istraživači u svom radu.
Iako ova kvantna ‘baterija’ više liči na mrežu lasera na laboratorijskoj klupi i godinama je udaljena od bilo kakve praktične primene, ona je i dalje kul demonstracija osnovnih principa i onoga što bi moglo biti moguće nekada u budućnosti – ako nije već se dogodilo u prošlosti.
