Ученые разработали квантовую батарею, которая заряжается в 200 раз быстрее обычной

Ученые из Южной Кореи разработали квантовую технологию, которая позволит ускорить зарядку электромобилией в 200 раз. Они опубликовали статью в научном журнале Physical Review Letters, передает сайт EurekAlert.

Сотрудники Центра теоретической физики сложных систем Института фундаментальных наук (IBS) обратились к явлению квантовой запутанности, чтобы ускорить относительно медленную зарядку аккумуляторов электромобилей. Они предложили способ, как можно одновременно заряжать все энергетические ячейки.

Несмотря на стремительное развитие отрасли электромобилей, их батареи все еще имеют меньшую плотность энергии, чем горючее топливо, а от этого очень зависит дальность пробега. В настоящее время полная зарядка аккумулятора в домашних условиях занимает около 10 часов, а при подключении к самым быстрым зарядным станциям процесс занимает 20-40 минут. Время ожидания остается большим недостатком электромобилей по сравнению с дизельными или бензиновыми, заправка которых занимает считанные секунды.

В 2012 году Роберт Алики и Марк Фаннес предложили концепцию быстро заряжающейся квантовой батареи, в основе которой лежит одновременная зарядка всех ячеек в коллективном порядке при помощи квантовой запутанности — явления, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми. Такая коллективная зарядка невозможна в классических батареях, где элементы заряжаются параллельно независимо друг от друга.

Позже ученые выяснили, что квантовое преимущество могут обеспечивать два явления: глобальная операция, при которой все ячейки одновременно сообщаются со всеми остальными, и "связь всех со всеми", то есть, каждая ячейка может "связываться" с любой другой по отдельности. Как показало исследование команды из IBS, решающее значение имеют глобальные операции, а попарными связями можно пренебречь.

Исследователи предложили конкретный способ разработки квантовой батареи, а также определили примерную скорость ее зарядки. По их заключению, если в классических аккумуляторах максимальная скорость зарядки линейно увеличивается вместе с количеством элементов, то в квантовой — квадратично, то есть, сразу во много раз.

Для примера они предложили автомобильную батарею, содержащую примерно 200 ячеек — использование квантовой запутанности увеличит скорость зарядки примерно в 200 раз по сравнению с классической технологией. В результате время зарядки в домашнем гараже сократится с 10 часов до 3 минут, а на специализированных станций — с получаса до нескольких секунд.

Ученые предполагают, что квантовую зарядку можно широко применять не только для электромобилей, но и для бытовой электроники. Кроме того, их можно использовать в будущих термоядерных электростанциях, для зарядки и разрядки которых требуется большое количество энергии.

Ранее физики приблизились к созданию квантовых батарей, заряжающихся от света. Они планируют собрать рабочий прототип в ближайшие 3-5 лет.