Une batterie quantique mondiale première se charge plus rapidement lorsqu'elle devient plus grande Mais elle est minuscule et ne dure que des nanosecondes

(MENAFN- The Conversation) Vous êtes en retard pour un rendez-vous important. Juste au moment où vous quittez votre maison, vous vous rendez compte que votre téléphone est déchargé.

Imaginez que vous puissiez le charger presque instantanément en exploitant les règles étranges de la physique quantique. C’est la promesse des batteries quantiques.

Mes collègues et moi au CSIRO avons développé les premiers prototypes de batteries quantiques au monde – et la direction que prend cette technologie est surprenante.

Effets quantiques collectifs

Vous avez peut-être entendu parler des effets quantiques étranges de superposition et d’intrication, qui permettent à des objets généralement très petits de se comporter de manière très étrange. Ils pourraient aussi permettre aux ordinateurs quantiques de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas.

Une caractéristique étrange du monde quantique est ce que l’on appelle « effets collectifs ». Ce sont eux qui confèrent aux batteries quantiques leurs propriétés uniques.

Dans des conditions appropriées, les unités de stockage des batteries quantiques ne fonctionnent pas individuellement, mais de manière collective. Dans un retournement contre-intuitif, cela signifie que les unités se chargent plus rapidement ensemble que si elles se chargeaient séparément.

Supposons que votre batterie quantique ait N unités de stockage, et que chaque unité prenne une seconde pour se charger. Les effets collectifs signifient que si toutes les unités se chargent en même temps, chaque unité ne prendra que 1∕√N secondes pour se charger.

Cela signifie que plus votre batterie quantique est grande, moins de temps elle met pour se charger. Si elle double de taille, la charge prendra un peu plus de la moitié du temps.

C’est comme si chaque unité savait d’une certaine manière qu’il y avait d’autres unités autour, et leur présence accélère la charge de l’unité. Étrange, non ?

C’est radicalement différent du fonctionnement des batteries conventionnelles, où une batterie plus grande prend généralement plus de temps à charger. C’est pourquoi il peut falloir une heure pour charger votre téléphone portable, alors que votre voiture électrique nécessite toute la nuit.

Construire une batterie quantique

L’idée d’une batterie quantique était longtemps une curiosité théorique. Mais en 2018, j’ai décidé de démontrer qu’elles pouvaient réellement être construites.

En 2022, en collaboration avec des collègues au Royaume-Uni et en Italie, nous avons construit un prototype de batterie quantique utilisant une microcavité organique – une sorte de petit sandwich multi-couches compliqué de plusieurs matériaux différents qui piège la lumière d’une manière particulière.

Et nous avons pu montrer pour la première fois le comportement exotique où de plus grandes batteries quantiques prennent réellement moins de temps à charger.

En fait, nous avons démontré que le temps de charge diminue selon 1∕√N, où N était le nombre de molécules dans notre batterie. Plus nous incluions de molécules, plus la batterie se chargeait rapidement – exactement comme la théorie l’avait prévu.

Une chose que ce premier prototype ne possédait pas était un moyen d’extraire l’énergie. Pour cela, dans notre dernière étude, publiée dans la revue Light: Science & Applications, nous avons ajouté des couches supplémentaires dans notre dispositif qui convertissaient l’énergie en courant électrique. Cela marque une étape majeure vers une batterie quantique pratique.

Progrès encore à faire

Alors, pourquoi ne voyons-nous pas encore de batteries quantiques dans les magasins ? Eh bien, la capacité des batteries quantiques est encore très faible (quelques milliards d’électron-volts), et la durée pendant laquelle elles conservent leur charge est très courte (quelques nanosecondes). Cela signifie que les batteries quantiques sont encore trop petites pour alimenter des appareils conventionnels comme votre téléphone, du moins pour l’instant.

Mais les batteries quantiques pourraient être parfaites pour alimenter des dispositifs quantiques tels que les ordinateurs quantiques. En fait, les batteries quantiques pourraient être la solution exacte dont les ordinateurs quantiques ont besoin pour fonctionner à plus grande échelle et devenir pratiques.

Bien que nous n’ayons pas encore de batteries quantiques pratiques, nous travaillons actuellement à augmenter la taille de notre prototype et à prolonger la durée pendant laquelle il peut conserver sa charge. Nous espérons créer un design hybride combinant la vitesse exceptionnelle de charge des batteries quantiques avec la longue durée de stockage des batteries classiques.

Les progrès que nous avons réalisés témoignent du siècle de travaux théoriques réalisés par des scientifiques quantiques avant nous.

La charge de la première batterie prototype n’a duré que quelques nanosecondes. Le premier vol des frères Wright a duré un peu plus longtemps. Le progrès prend du temps – mais les batteries quantiques sont certainement à notre horizon.