Kvantummechanika a mindennapi akkumulátortechnikában
A hagyományos lítiumion-akkumulátorokban az energia kémiai reakciók révén tárolódik, míg a kvantummeghajtású akkumulátorokban az elektromágneses gerjesztés a lényeg. Egy ilyen rendszerben összekapcsolt molekulák közösen, szabályozott módon veszik fel és adják le az energiát, amit a speciális, úgynevezett kvantumkoherencia tesz lehetővé. Ez annyit jelent, hogy a molekulák nemcsak egyszerűen egymás mellett léteznek, hanem egy nagy egységként viselkednek, energiafelvételük pedig a résztvevő molekulák számának négyzetével arányos.
A helyzet drámaian megfordul: minél nagyobb a kvantumakku, annál gyorsabban tölthető fel – ellentétben a mai technológiákkal, ahol a kapacitás növelése a töltési idő növekedésével jár.
Hogyan működik a kvantumakku?
A kvantumakkumulátor szerves félvezetőrétegek sorozatából épül fel, amelyek két ezüsttükör között, úgynevezett mikrokavitásba zárva helyezkednek el. Ez a mikrostruktúra biztosítja, hogy a fény rendkívül hatékonyan csapdába ejtődjön, majd a molekulák egyetlen közös, ultrarövid villanásban bocsássanak ki, illetve nyeljenek el energiát – ez az úgynevezett szuperabszorpció.
A rétegek között olyan blokkoló- és transzportrétegek találhatók, amelyek a töltött részecskék áramlását szabályozzák, így az eszköz ténylegesen akkumulátorként működik. A tesztek során egy 31 nm sávszélességű lézerfény-impulzust küldtek az akku mikroszerkezetébe, amely egyetlen femtoszekundumig tartott, mégis több tíz nanomásodpercig – azaz a másodperc néhány tízmilliárdod részéig – maradt meg a feltöltött állapot.
Hihetetlenül tartós energia – de meddig bírja valós környezetben?
Elképesztő, de egy ilyen kvantumakku töltési ideje töredéke a tárolási időnek: ha egy ilyen eszközt egy percig töltenek, akár két éven keresztül is képes lehet megőrizni az energiát. Mindezek dacára a technológia legnagyobb kihívása most az, hogy a kvantumszuperabszorpciót hosszabb időn át is fenn tudják tartani, ugyanis a kvantumakkuk érzékenyek a környezeti zavarokra, amelyek lerombolhatják ezt a különleges állapotot.
Amint ezt a problémát sikerül leküzdeni, a töltés – például lézerrel – akár drónok vagy repülőgépek menet közbeni feltöltését is lehetővé tenné. Elsőként pedig az alacsony energiaigényű kvantumszámítógépek ellátásában hozhat áttörést az új akku.
