Een Australisch wetenschappelijk onderzoeksteam heeft onlangs aangekondigd dat ze voor het eerst een prototype van een kwantumbatterij hebben gemaakt dat het hele proces van ‘laden-energie-opslag-ontladen’ kan voltooien via de wetten van de kwantummechanica. Het wordt beschouwd als een belangrijke mijlpaal van theoretische conceptie tot daadwerkelijk apparaat. Deze prestatie werd voltooid onder leiding van James Quach, een natuurkundige bij CSIRO, de nationale wetenschappelijke onderzoeksinstelling van Australië, en werd gepubliceerd in het tijdschrift "Light: Science & Applications". Het onderzoeksteam noemt het een ‘proof-of-concept’-voedingseenheid op nanoschaal, die de overgang markeert van kwantumbatterijen van papieren modellen naar echte apparaten.
In tegenstelling tot traditionele batterijen, die moeilijker snel op te laden zijn naarmate ze groter worden, profiteert deze kwantumbatterij van het zogenaamde ‘collectieve effect’: de synergie tussen meerdere kwantumeenheden zorgt ervoor dat het systeem sneller kan opladen als het aantal eenheden toeneemt. Dit ogenschijnlijk contra-intuïtieve mechanisme werd tien jaar geleden theoretisch voorgesteld en is nu voor het eerst experimenteel bevestigd op hardwareniveau.
Eerder heeft het team van Quachi in vroeg werk bewezen dat kwantumeenheden energie op een "collectieve manier" kunnen delen, maar hoe de energie effectief kan worden verwijderd nadat deze is opgeslagen, is altijd een belangrijk praktisch probleem geweest. Het nieuwe apparaat lost dit probleem op in termen van structureel ontwerp en zorgt voor een controleerbare hervrijgave van opgeslagen kwantumtoestandsenergie, waarmee een technische basis wordt gelegd voor volgende toepassingen.
In dit experiment gebruikt de kwantumbatterij lasers voor draadloos opladen, en het duurt slechts femtoseconden om de volledige toestand te voltooien - dat wil zeggen een tijd van een biljardste van een seconde. Belangrijker nog is dat het de opgeslagen energie in nanoseconden kan behouden, en dat de opslagtijd ongeveer zes ordes van grootte langer is dan de oplaadtijd; Volgens de analogie van de onderzoeker komt deze verhouding, als deze wordt vergroot tot de macroschaal, overeen met een batterij die één minuut oplaadt en zijn stroom meerdere jaren kan behouden.
Momenteel heeft het prototype-apparaat een capaciteit van slechts een paar miljard elektronvolt, verre van genoeg om een echt elektronisch apparaat van stroom te voorzien. Kuach zei dat de huidige kerntaak is om de tijd dat energie kan worden vastgehouden in kwantumbatterijen te blijven verlengen om een stabiele energievoorziening te bereiken in praktische scenario's zoals communicatie-elektronica. Het behouden van de kwantumcoherentie in energie over een voldoende lange tijdschaal is een voorwaarde voor engineering.
Experts uit de industrie zijn van mening dat de meest veelbelovende toepassing van kwantumbatterijen op de korte termijn niet het direct vervangen van traditionele lithiumbatterijen is, maar het voortouw nemen bij het bedienen van geavanceerde apparaten zoals kwantumcomputers. Omdat kwantumcomputersystemen extreem gevoelig zijn voor de nauwkeurigheid en verstoring van de energievoorziening, wordt verwacht dat een stroomvoorziening die energie op een "coherente" manier kan leveren, de ruis aanzienlijk zal verminderen en de systeemstabiliteit zal verbeteren.
Andrew White, hoofd van het Quantum Technology Laboratory aan de Universiteit van Queensland in Australië, die niet bij het project betrokken was, merkte in een interview met de media op dat dit resultaat “heel mooi laat zien dat de kwantumbatterij niet langer slechts een idee is, maar een operationeel prototype is geworden.” Hij gelooft dat dit kwantumbatterijen in staat stelt om van abstracte theoretische discussies over te gaan naar het stadium van duurzame optimalisatie en technische versterking.
Vanuit een langeretermijnperspectief demonstreert dit experiment de mogelijkheid van een nieuwe klasse van ultrasnelle oplaadapparaten, die in de toekomst geavanceerde elektronische systemen zoals krachtige processors kunnen aandrijven, of zelfs het draadloos opladen van mobiele apparaten over lange afstanden mogelijk kunnen maken. Kuach stelt zich voor dat wanneer toekomstige drones of voertuigen taken uitvoeren, ze tijdens beweging energie kunnen aanvullen via kwantumgestuurde lichtbronnen. Hun interne kwantumbatterijen zullen tijdens het gebruik draadloos worden "verlicht", waardoor de beperkingen van traditionele energiebronnen worden doorbroken op het gebied van snelheid en methode van energieaanvulling.