Alors que les batteries se sont améliorées ces derniers temps, à la base, les batteries d'aujourd'hui fonctionnent toujours selon les mêmes principes électrochimiques de base développés au 18 ^e et 19 ^e des siècles. Certains physiciens se demandent maintenant si les phénomènes quantiques pourraient révolutionner la chimie des batteries conventionnelles et conduire au développement d'une toute nouvelle classe de batteries potentiellement plus puissantes.

Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres d'examen physique , physiciens Dario Ferraro et coauteurs de l'Institut italien de technologie de Gênes, Italie, ont théoriquement démontré une accélération quantique du temps de charge des batteries quantiques, en analogie avec l'accélération quantique qui a été démontrée précédemment pour le traitement de l'information en informatique quantique.

"Nous avons montré que, même dans un modèle simple mais réaliste, la puissance de charge peut être considérablement augmentée en exploitant correctement les règles de la mécanique quantique, " Ferraro a dit Phys.org . "Les piles quantiques, une fois réalisé expérimentalement, pourrait être utilisé dans des contextes où la rapidité du processus de charge/décharge est cruciale. En tant qu'application possible, on peut imaginer la réalisation d'alimentations à l'échelle nanométrique pour fournir de l'énergie à des appareils miniaturisés directement sur site."

Dans leur travail, les physiciens ont montré qu'enchevêtrer les unités d'une batterie quantique, puis en couplant toutes les unités à la même source d'énergie quantique, entraîne une amélioration collective quantique de la puissance de charge par rapport au cas où les unités sont chargées individuellement, en parallèle. L'amélioration augmente à mesure que le nombre d'unités augmente (en particulier, lorsqu'une batterie quantique se compose de N unités, l'avantage quantique s'échelonne comme la racine carrée de N ).

Les chercheurs attribuent le temps de charge plus rapide à l'intrication quantique entre les unités. Ils expliquent que les unités sont toutes couplées à un mode électromagnétique quantifié commun, et les photons de la source d'énergie assurent une interaction à longue portée entre les unités, générant un enchevêtrement entre eux.

Le travail s'appuie sur des idées abstraites précédentes sur l'accélération du temps de charge des batteries quantiques grâce à la charge collective, rendre ces concepts plus concrets et les mettre sur des bases expérimentalement réalisables. Les chercheurs s'attendent à ce que le système proposé puisse être réalisé expérimentalement avec la technologie de pointe actuelle, tels que les qubits supraconducteurs, points quantiques, ou cristaux photoniques, entre autres possibilités.

"Notre travail vise à créer un pont entre les théorèmes abstraits de la physique mathématique et la mise en œuvre expérimentale réelle des batteries quantiques, " dit Ferraro.

Dans les travaux futurs, les chercheurs prévoient également d'étudier un autre résultat intéressant de la nouvelle étude, qui est l'existence d'un compromis entre la puissance de charge de la batterie quantique et sa capacité de stockage d'énergie.

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