Японські вчені представили революційну квантову батарею, що не втрачає потужності при передачі енергії

Дослідники з RIKEN Cen­ter for Quan­tum Com­put­ing (Японія) та Хуачжунського університету науки та технологій (Китай) представили теоретичну модель топологічної квантової батареї, яка може зберігати та передавати енергію з надзвичайною ефективністю. Результати їхнього дослідження, опубліковані у журналі Phys­i­cal Review Let­ters, відкривають шлях до створення наномасштабних систем енергоощадження та оптичних квантових мереж нового покоління.

Квантові батареї — це експериментальна концепція, де енергія накопичується не внаслідок хімічних реакцій, а через квантові явища: суперпозицію, когерентність і заплутаність частинок. Такі пристрої теоретично можуть заряджатися значно швидше, мати більшу місткість і менші втрати енергії, ніж звичайні акумулятори. А проте, їхня практична реалізація досі залишається складною через декогеренцію — руйнування квантових властивостей під впливом навколишнього середовища.

У новій роботі команда вчених застосувала топологічні фотонні хвилеводи — структури, здатні зберігати свої властивості навіть при вигинах чи деформаціях. Це дозволяє передавати енергію на великі відстані без втрат. Неочікувано дослідники виявили, що дисипація, тобто часткові втрати енергії, може тимчасово підвищувати потужність заряджання — відкриття, яке суперечить усталеним уявленням.

Експерименти показали, що топологічні властивості таких хвилеводів забезпечують майже ідеальну передачу енергії, а коли джерело заряджання і батарея знаходяться в одній топологічній підрешітці, система стає стійкою до дисипації. При досягненні певного порогу втрат ефективність заряджання, навпаки, короткочасно зростає.

«Наше дослідження дає новий погляд на проблему з топологічної думки й наближає створення високопродуктивних мікроенергетичних пристроїв», — пояснив Чжи-Гуан Лу, перший автор роботи. За словами керівника команди Ченга Шана, наступним кроком стане перехід від теоретичних моделей до практичних квантових батарей, які можуть покласти початок новій епосі квантової енергетики.