Baterai Kuantum Pertama di Dunia Yang Mengisi Daya Lebih Cepat Saat Ukurannya Membesar Namun Sangat Kecil Dan Hanya Bertahan Nanodetik

(MENAFN- The Conversation) Anda terlambat untuk janji penting. Saat Anda akan meninggalkan rumah, Anda menyadari ponsel Anda kehabisan daya.

Bayangkan Anda bisa mengisi daya hampir seketika dengan memanfaatkan aturan aneh dari fisika kuantum. Itulah janji dari baterai kuantum.

Rekan-rekan saya di CSIRO telah mengembangkan prototipe baterai kuantum pertama di dunia – dan arah perkembangan teknologi ini mengejutkan.

Efek kolektif kuantum

Anda mungkin pernah mendengar tentang efek kuantum yang aneh seperti superposisi dan keterikatan, yang memungkinkan objek yang sangat kecil berperilaku sangat aneh. Mereka juga bisa memungkinkan komputer kuantum menyelesaikan masalah yang tidak bisa diselesaikan komputer konvensional.

Salah satu fitur aneh dari dunia kuantum adalah apa yang disebut “efek kolektif”. Mereka adalah yang memberi baterai kuantum sifat uniknya.

Dalam kondisi yang tepat, unit penyimpanan baterai kuantum tidak bertindak secara individual, tetapi berperilaku secara kolektif. Dalam twist yang tidak intuitif, ini berarti unit tersebut mengisi daya lebih cepat bersama-sama daripada jika mereka mengisi daya sendiri-sendiri.

Misalnya, baterai kuantum Anda memiliki N unit penyimpanan, dan setiap unit membutuhkan satu detik untuk mengisi daya. Efek kolektif berarti bahwa jika semua unit diisi daya sekaligus, setiap unit hanya akan membutuhkan 1∕√N detik untuk mengisi daya.

Ini berarti semakin besar baterai kuantum Anda, semakin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk mengisi daya. Jika ukurannya dua kali lipat, pengisian daya akan memakan waktu sedikit lebih dari setengahnya.

Seolah-olah setiap unit entah bagaimana tahu bahwa ada unit lain di sekitarnya, dan keberadaan mereka membuat unit tersebut mengisi daya lebih cepat. Aneh, bukan?

Ini sangat berbeda dari cara kerja baterai konvensional, di mana baterai yang lebih besar biasanya membutuhkan waktu lebih lama untuk diisi. Itulah mengapa mengisi daya ponsel Anda mungkin memakan waktu satu jam, tetapi mobil listrik Anda membutuhkan semalaman.

Membangun baterai kuantum

Gagasan tentang baterai kuantum awalnya hanyalah sebuah keingintahuan teoretis selama bertahun-tahun. Tapi pada tahun 2018, saya mulai menunjukkan bahwa mereka sebenarnya bisa dibangun.

Pada tahun 2022, bekerja sama dengan rekan-rekan di Inggris dan Italia, kami membangun prototipe baterai kuantum menggunakan mikro-kavitas organik – semacam lapisan-lapisan kecil yang rumit dari beberapa bahan berbeda yang menahan cahaya dengan cara tertentu.

Dan kami mampu menunjukkan untuk pertama kalinya perilaku eksotis di mana baterai kuantum yang lebih besar benar-benar membutuhkan waktu lebih sedikit untuk mengisi daya.

Faktanya, kami dapat menunjukkan bahwa waktu pengisian menurun sesuai dengan 1∕√N, di mana N adalah jumlah molekul dalam baterai kami. Semakin banyak molekul yang kami tambahkan, semakin cepat baterai terisi – tepat seperti yang diprediksi teori.

Satu hal yang tidak dimiliki prototipe pertama ini adalah cara untuk mengeluarkan energi dari dalamnya. Untuk itu, dalam studi terbaru kami, yang diterbitkan di jurnal Light: Science & Applications, kami menambahkan lapisan-lapisan ekstra ke dalam perangkat kami yang mengubah energi menjadi arus listrik. Ini menandai langkah besar menuju baterai kuantum yang praktis.

Perkembangan yang masih harus dilakukan

Jadi, mengapa kita belum melihat baterai kuantum di toko-toko? Nah, kapasitas baterai kuantum masih sangat kecil (beberapa miliar elektron-volt), dan waktu mereka menyimpan daya sangat singkat (beberapa nanodetik). Ini berarti baterai kuantum terlalu kecil untuk menghidupkan perangkat konvensional seperti ponsel Anda, setidaknya untuk saat ini.

Tapi baterai kuantum mungkin sangat cocok untuk menggerakkan perangkat kuantum seperti komputer kuantum. Faktanya, baterai kuantum bisa menjadi solusi tepat yang dibutuhkan komputer kuantum agar dapat bekerja dalam skala yang lebih besar dan menjadi praktis.

Meskipun kita belum memiliki baterai kuantum yang praktis, saat ini kita sedang bekerja untuk meningkatkan skala prototipe kita dan memperpanjang waktu penyimpanannya. Kami berharap dapat menciptakan desain hibrida yang menggabungkan kecepatan pengisian luar biasa dari baterai kuantum dengan waktu penyimpanan yang lama dari baterai konvensional.

Kemajuan yang telah kami capai adalah bukti dari satu abad pekerjaan teoretis yang dilakukan oleh ilmuwan kuantum sebelum kita.

Daya tahan baterai prototipe pertama kami hanya beberapa nanodetik. Penerbangan pesawat pertama Wright bersaudara juga hanya sedikit lebih lama. Kemajuan membutuhkan waktu – tetapi baterai kuantum pasti ada di cakrawala kita.