Ideja da je energija osnovni pokretač društvenog napretka dovela je do koncepta da se nivo tehnološkog razvoja civilizacije može meriti njenom sposobnošću da iskoristi i koristi energiju. Na osnovu ovoga, ruski astrofizičar Nikolaj Kardašev je 1964. godine osmislio čuvenu Kardaševu skalu kao način klasifikacije civilizacija na osnovu njihove potrošnje energije. Prema ovoj skali, trenutni nivo ljudske civilizacije se procenjuje na oko 0,73.
Stvaranje energije je jedan od najkritičnijih zadataka za napredak civilizacije. Rane civilizacije su se oslanjale na ručni rad i životinjsku snagu za svoje energetske potrebe, ali je industrijska revolucija u 18. i 19. veku označila veliku promenu u načinu na koji ljudi koriste energiju. Sa pronalaskom parne energije praćen razvojem rudarstva uglja, čovečanstvo je moglo da iskoristi energiju uskladištenu u fosilnim gorivima u ogromnom obimu. To je omogućilo brzo povećanje potrošnje energije i uspon moderne civilizacije.
Iako je naš trenutni način života veoma zahtevan u pogledu energije, u isto vreme nas čini izuzetno efikasnim. Na primer, smatra se da je tipičan radnik danas deset puta produktivniji od radnika pre pedeset godina. Stoga je ekonomski rast bez presedana koji smo uživali u prošlom veku u velikoj meri zahvaljujući povećanju potrošnje energije. Stoga, da bi ekonomija održala svoj rast i da bismo na kraju postigli društvo nakon oskudice, moramo biti sposobni da obezbedimo sve veće količine — idealno održivih — izvora energije.
Drugi ključni sastojak je razvijena tehnologija za efikasno korišćenje ovih izvora. Ovo važi za bilo koji izvor energije: sagorevanjem fosilnih goriva na višim temperaturama oslobađa se više energije, dok različiti dizajni solarnih ćelija pružaju različitu efikasnost. Dakle, u osnovi, energetski izlaz izvora zavisi od naše sposobnosti da izvučemo ovu energiju i od trenutnog tehnološkog nivoa.
Naravno, deo sposobnosti da se izvuče energija je shvatanje da postoji nešto energije za izvlačenje. Zamislite pećinskog čoveka koji naleti na komad uglja – brzo bi naučili da se takav alat može koristiti za slikanje crteža unutar pećine. Ali činjenica da se takav komad uglja može spaliti i tako služiti kao energent, nikako nije evidentna.
Takođe, postoji razlika između shvatanja da postoji nešto energije za izvlačenje i posedovanja sredstava za ekstrakciju. Na primer, dobro smo svesni da Sunce kombinuje atome vodonika u helijum kroz nuklearnu fuziju, što podstiče njegovu ogromnu izlaznu energiju. Ali potpuno je drugačija zver postići ovaj proces u laboratoriji – iako nas nedavni tehnološki napredak gura bliže ovom krajnjem cilju.
Sa nedavnim porastom kvantnih tehnologija, mogućnost iskorištavanja energije iz kvantnih izvora postaje stvarnost. Kao i svaka tehnologija, kvantne tehnologije nisu otporne na ljudska ograničenja. I danas kvantni fizičari nisu sigurni koji kvantni sistemi mogu poslužiti kao izvor energije, a koji ne. Pored toga, nejasno je šta može biti lako dostupno sada, s obzirom na naše alate pri ruci, a koje u budućnosti.
Nedavno su istraživači u Centru za teorijsku fiziku složenih sistema (PCS) u okviru Instituta za osnovne nauke (IBS) dizajnirali meru energije koja se može izdvojiti iz izvora – nazvanog opservaciona ergotropija – koja uzima u obzir tačne mogućnosti naše trenutne tehnologije.
Ergotropija se odnosi na maksimalnu količinu posla koji se može izvući iz sistema. Prethodne mere kvantne ergotropije bile su idealističke — pod pretpostavkom da su eksperimentalne mogućnosti idealne. Ovo je kao da pretpostavimo da je naša fuziona fabrika efikasna kao sunce bez razmatranja svih pitanja koja se javljaju kada pokušavamo da veštački repliciramo sunce.
Za razliku od prethodnih mera, opservaciona ergotropija pruža realnije procene i ažuriranja u skladu sa našim tehnološkim sposobnostima, govoreći nam koji su izvori najbolji izvori energije sa našim trenutnim eksperimentalnim mogućnostima.
Ovi rezultati se mogu koristiti, na primer, da se odredi najbolja platforma za eksperimentalnu realizaciju kvantne baterije – tema u kojoj je isti IBS tim već nedavno pružio fundamentalna teorijska dostignuća. Kvantna baterija se može smatrati svakim sistemom dovoljno malim da pokaže kvantne pojave.
Zamislite, na primer, liniju od šesnaest atoma zarobljenih laserom ili superprovodljivim kubitima od kojih IBM, Gugl i drugi grade svoje rane verzije kvantnog računara. Ove platforme za prenos energije mogle bi da napajaju naše buduće kvantne uređaje, uključujući kvantne računare, kvantne senzore ili uređaje koji obezbeđuju kvantno šifrovanu, a time i potpuno bezbednu komunikaciju. U svojoj najnovijoj studiji, istraživači IBS-a su pokazali kako opservaciona ergotropija razlikuje koja kvantna baterija može najbolje napajati našu novu kvantnu budućnost.
Dominik Šafanek iz PCS-IBS kaže: „Kako se naše tehnološke mogućnosti razvijaju, opservaciona ergotropija se može ponovo izračunati. U budućnosti, različiti izvori mogu se smatrati novim idealom, zamenjujući prethodno optimalne izvore. Možemo predvideti da se ova mera može koristiti kontinuirano kroz vreme i predstavljaju osnovno oruđe koje možemo da koristimo da procenimo potencijalne kvantne izvore energije.“
