Qu'il s'agisse du photovoltaïque ou de la fusion, tôt ou tard, la civilisation humaine devra se tourner vers les énergies renouvelables. Cela est jugé inévitable, compte tenu des besoins énergétiques sans cesse croissants de l'humanité et de la nature finie des combustibles fossiles. De nombreuses recherches ont été menées afin de développer des sources d'énergie alternatives, dont la plupart utilisent l'électricité comme principal vecteur énergétique. L'importante R&D dans les énergies renouvelables s'est accompagnée de changements sociétaux progressifs à mesure que le monde adoptait de nouveaux produits et appareils fonctionnant aux énergies renouvelables. Le changement le plus frappant a été l'adoption rapide des véhicules électriques. Alors qu'on les voyait rarement sur les routes il y a encore 10 ans, aujourd'hui, des millions de voitures électriques sont vendues chaque année. Le marché de la voiture électrique est l'un des secteurs à la croissance la plus rapide.

Contrairement aux voitures traditionnelles, qui tirent leur énergie de la combustion d'hydrocarbures, les véhicules électriques utilisent des batteries comme moyen de stockage de leur énergie. Pendant longtemps, les batteries avaient une densité d'énergie bien inférieure à celles offertes par les hydrocarbures, ce qui a entraîné des autonomies très faibles des premiers véhicules électriques. Cependant, l'amélioration progressive des technologies de batterie a finalement permis aux autonomies des voitures électriques de se situer à des niveaux acceptables par rapport aux voitures à essence. Ce n'est pas un euphémisme que l'amélioration de la technologie de stockage des batteries était l'un des principaux goulets d'étranglement techniques qui devaient être résolus afin de lancer la révolution actuelle des véhicules électriques.

Cependant, malgré les grandes améliorations de la technologie des batteries, les consommateurs actuels de véhicules électriques sont confrontés à une autre difficulté :la lenteur de la vitesse de charge de la batterie. Actuellement, les voitures mettent environ 10 heures pour se recharger complètement à la maison. Même les superchargeurs les plus rapides des stations de charge nécessitent jusqu'à 20 à 40 minutes pour recharger complètement les véhicules. Cela crée des coûts supplémentaires et des inconvénients pour les clients.

Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont cherché des réponses dans le domaine de la physique quantique. Leur recherche a conduit à la découverte que les technologies quantiques pourraient promettre de nouveaux mécanismes pour charger les batteries à un rythme plus rapide. La technologie de batterie quantique a été proposée pour la première fois dans un article fondateur publié par Alicki et Fannes en 2012. Il a été théorisé que les ressources quantiques, telles que l'enchevêtrement, peuvent être utilisées pour accélérer considérablement le processus de charge de la batterie en chargeant toutes les cellules de la batterie simultanément dans un manière collective.

C'est particulièrement excitant, car les batteries modernes à haute capacité peuvent contenir de nombreuses cellules. Une telle charge collective n'est pas possible dans les batteries classiques, où les cellules sont chargées en parallèle indépendamment les unes des autres. L'avantage de cette charge collective par rapport à la charge parallèle peut être mesuré par le rapport appelé l'avantage de charge quantique. Vers 2017, les chercheurs ont remarqué qu'il pouvait y avoir deux sources possibles derrière cet avantage quantique, à savoir le fonctionnement global (dans lequel toutes les cellules parlent à toutes les autres simultanément, c'est-à-dire "toutes assises à une table") et le couplage tout-à-tout ( c'est-à-dire "de nombreuses discussions, mais chaque discussion n'a que deux participants"). Cependant, il n'est pas clair si ces deux sources sont nécessaires et s'il existe des limites à la vitesse de charge qui peut être atteinte.

Récemment, des scientifiques du Centre de physique théorique des systèmes complexes de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) ont approfondi ces questions. L'article, qui a été choisi comme suggestion de l'éditeur dans la revue Physical Review Letters , ont montré que le couplage tout-à-tout n'est pas pertinent dans les batteries quantiques et que la présence d'opérations globales est le seul ingrédient de l'avantage quantique. Le groupe est allé plus loin pour identifier la source exacte de cet avantage tout en excluant toute autre possibilité et a même fourni une manière explicite de concevoir de telles batteries.

De plus, le groupe a pu quantifier avec précision la vitesse de charge pouvant être atteinte dans ce schéma. Alors que la vitesse de charge maximale augmente de manière linéaire avec le nombre de cellules dans les batteries classiques, l'étude a montré que les batteries quantiques utilisant un fonctionnement global peuvent atteindre une mise à l'échelle quadratique de la vitesse de charge. Pour illustrer cela, considérons un véhicule électrique typique avec une batterie qui contient environ 200 cellules. L'utilisation de cette charge quantique entraînerait une accélération de 200 fois par rapport aux batteries classiques, ce qui signifie qu'à la maison, le temps de charge serait réduit de 10 heures à environ 3 minutes. Dans les bornes de recharge à grande vitesse, le temps de charge passerait de 30 minutes à quelques secondes.

Les chercheurs affirment que les conséquences sont considérables et que les implications de la charge quantique peuvent aller bien au-delà des voitures électriques et de l'électronique grand public. Par exemple, il pourrait trouver des utilisations clés dans les futures centrales électriques à fusion, qui nécessitent de grandes quantités d'énergie pour être chargées et déchargées en un instant. Bien sûr, les technologies quantiques en sont encore à leurs balbutiements et il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que ces méthodes puissent être mises en œuvre dans la pratique. Research findings such as these, however, create a promising direction and can incentivize the funding agencies and businesses to further invest in these technologies. + Explorer plus loin

La superabsorption ouvre la clé des batteries quantiques de nouvelle génération