Fizica cuantică poate face adesea ca un obiect să se comporte în moduri aparent imposibile. În prezent, oamenii de știință au folosit fizica cuantică pentru a crea o baterie capabilă de „superabsorbție”, ceea ce înseamnă că aceasta absoarbe energia mai rapid pe măsură ce aceasta devine mai mare.
În cadrul lucrărilor anterioare s-a descoperit că, datorită fizicii cuantice, materia ar putea acționa colectiv în moduri surprinzătoare. De exemplu, în condiții de „superradianță”, un grup de atomi încărcați cu energie poate elibera un puls de lumină mult mai intens decât ar putea în mod individual.
De asemenea, în ultimul deceniu, cercetătorii au descoperit faptul că și inversul superradiantei ar putea fi atins. În condiții de superabsorbție, atomii au o absorbție îmbunătățită. Cu toate acestea, până în prezent, superabsorbția a fost observată doar pentru un număr mic de atomi.
Oamenii de știință au dezvoltat o „baterie cuantică” superabsorbantă, a cărui timp de încărcare este invers proporțional cu dimensiunea acesteia.
„Aplicațiile potențiale sunt dezvoltarea de noi tipuri de baterii, care se pot încărca mai repede. În același mod în care au fost multe investiții recente în calculul cuantic, adică utilizarea efectelor cuantice pentru a mări viteza de calcul, alte operațiuni de transfer de energie sau chiar de recoltare de energie pot fi realizate în principiu mai rapid prin utilizarea efectelor cuantice”, a declarat James Quach, autorul principal al studiului și fizician teoretician în cadrul Universității din Adelaide, Australia.
Noul dispozitiv constă dintr-o microcavitate reflectorizantă, asemănătoare unei vafe, care cuprinde un colorant organic semiconductor portocaliu denumit Lumogen F, pe care cercetătorii l-au încărcat cu energie folosind un laser. Detectoarele ultrarapide au ajutat echipa să monitorizeze modul în care acest colorant s-a încărcat și a stocat energia luminoasă cu o precizie de ordinul femtosecundelor. Pe măsură ce dimensiunea microcavității și numărul de molecule de colorant au crescut, timpul de încărcare a scăzut.
„Superabsorbția poate avea loc datorită interferenței constructive, adică atunci când diferite unde se conglomerează pentru a crea un efect mai puternic decât cel al oricărei unde individuale. Cu cât sunt mai multe molecule, cu atât există mai multe căi pentru a interfera constructiv”, a explicat Quach.
În mod normal, sistemele cuantice, precum computerele cuantice, se confruntă cu perturbări atunci când elementele lor își pierd coerența, adesea din cauza interacțiunilor nedorite cu mediul înconjurător. Ca atare, majoritatea experimentelor cuantice necesită sisteme cuantice izolate pentru a preveni o astfel de desincronizare.
„Cu toate acestea, în cadrul cercetării noastre, am descoperit că o anumită cantitate de incoerență a ajutat la stabilizarea energiei stocate în bateria cuantică”, a declarat Quach.
În esență, coerența poate ajuta bateria cuantică să se încarce rapid, dar incoerența o împiedică să descarce această energie la fel de repede. „Cantitatea potrivită de incoerență permite o absorbție îmbunătățită a luminii, dar nu și o descărcare îmbunătățită. În plus, deși menținerea coerenței sistemelor cuantice mari se poate dovedi o provocare, datorită faptului că bateria noastră cuantică nu este la fel de fragilă la interacțiunea cu mediul ca alte tehnologii cuantice, precum computerele cuantice, suntem optimiști că ne putem extinde experimentul la dispozitive mai mari. Aceste baterii cuantice prototip sunt încărcate cu ajutorul luminii. Cu toate acestea, pot exista și alte modalități de a exploata același efect de interferență cuantică în alte scenarii. Următorii noștri pași sunt reprezentați de explorarea modului în care rezultatele noastre pot fi combinate cu alte modalități de stocare și transfer de energie pentru a oferi un dispozitiv care ar putea avea o utilitate practică. Totuși, provocarea cheie este aceea de a aduce acest concept de laborator în lumea reală”, a declarat Quach.
