باتری کوانتومی ساخته شد؛ شارژ تقریباً آنی، اما یک مشکل بزرگ دارد

دانشمندان به رهبری جیم کوآچ، پژوهشگر علوم کوانتومی در سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی مشترک‌المنافع استرالیا (CSIRO)، موفق به ساخت یک نمونه اولیه از باتری کوانتومی شده‌اند که می‌تواند در مقیاس فمتوثانیه شارژ شود. یک فمتوثانیه معادل یک کوادریلیونیم ثانیه است و این دستاورد می‌تواند گام مهمی برای توسعه فناوری باتری‌های کوانتومی باشد.

به گزارش بیکینگ به نقل از TechSpot، این باتری از پدیده‌ای به نام ابر‌جذب یا Superabsorption استفاده می‌کند. در این پدیده، هرچه تعداد مولکول‌های درگیر بیشتر باشد، سامانه می‌تواند انرژی را سریع‌تر جذب کند. این رفتار کاملاً متفاوت با باتری‌های معمولی است که معمولاً با افزایش اندازه، به زمان بیشتری برای شارژ نیاز دارند.

نمونه ساخته‌شده از یک ریزکاواک نوری تشکیل شده که دو آینه در فاصله‌ای حدود ۱۰۰ نانومتر از یکدیگر قرار گرفته‌اند. فضای میان این آینه‌ها با مولکول‌های یک رنگ آلی پر شده است. تابش لیزر باعث برهم‌کنش شدید نور و مولکول‌ها می‌شود و حالت‌های ترکیبی نور و ماده شکل می‌گیرند. در نتیجه، مولکول‌ها به‌صورت جمعی انرژی را جذب می‌کنند.

باتری کوانتومی مورد آزمایش در فمتوثانیه شارژ می‌شود و می‌تواند انرژی را برای چند نانوثانیه حفظ کند؛ یعنی زمان نگهداری انرژی تقریباً شش مرتبه بزرگ‌تر از زمان شارژ است. تیم تحقیقاتی پیش‌تر در سال ۲۰۲۲ پدیده ابرجذب را نشان داده بود و در آزمایش جدید توانسته است امکان استخراج جریان الکتریکی از این سامانه را نیز اثبات کند.

با وجود این، این فناوری هنوز برای جایگزینی باتری گوشی، لپ‌تاپ یا خودروهای برقی آماده نیست. نمونه فعلی تنها مقدار بسیار کمی انرژی، در حد چند میلیارد الکترون‌ولت، ذخیره می‌کند و مدت نگهداری آن نیز بسیار کوتاه است. بنابراین افزایش ظرفیت و طول عمر ذخیره انرژی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو محسوب می‌شود.
 

پژوهشگران برای حل این مشکل به دنبال ساخت یک طراحی هیبریدی هستند که بخش کوانتومی آن شارژ سریع و لایه‌های کلاسیک آن ذخیره‌سازی طولانی‌تر را بر عهده داشته باشند. همچنین اتصال چند باتری میکروسکوپی به یکدیگر می‌تواند در آینده امکان تأمین انرژی برای دستگاه‌های معمولی را فراهم کند.

یکی از مزیت‌های این روش، کارکرد در دمای اتاق است. برخی طراحی‌های دیگر باتری کوانتومی به مواد ابررسانا و دماهای بسیار پایین نیاز دارند که برای استفاده در محصولاتی مانند گوشی هوشمند مناسب نیستند.

در حال حاضر، محتمل‌ترین کاربرد باتری‌های کوانتومی در سخت‌افزارهای کوانتومی است؛ جایی که سرعت و کنترل انتقال انرژی اهمیت بیشتری از ظرفیت ذخیره‌سازی دارد.