MY.UAНовости
Революция в энергетике: как работают квантовые батареи и когда смогут питать гаджеты
Революция в энергетике: как работают квантовые батареи и когда смогут питать гаджеты

Революция в энергетике: как работают квантовые батареи и когда смогут питать гаджеты

Ученые уверяют, что благодаря квантовому состоянию огромные аккумуляторы будут заряжаться тем быстрее, чем они больше, но могут быть и достаточно маленькими, чтобы поместиться в смартфоне или ноутбуке.

Группы ученых по всему миру работают над технологией квантовых аккумуляторов, которые будут лучше держать заряд, чем обычные. Издание Gizmodo объяснило, как такие батареи будут работать и когда появятся.

Старые и новые батареи

Аккумуляторы — это довольно обширная сфера технологий, использующих химические реакции для производства и хранения электрической энергии. В бытовых моделях электричество появляется благодаря потоку электронов в цепи. Для этого человечество более чем за 200 лет использовало разные элементы, в основном кислоты и металлы, и до сих пор продолжает экспериментировать с составом батареек.

В 1859 году появился свинцово-кислотный аккумулятор, первый из своего рода, способный перезаряжаться путем изменения направления тока в системе. Такие до сих пор используются в автомобилях с двигателями внутреннего сгорания, но в других сферах применяются редко из-за большого веса.

В конце 20-го века появились легкие, компактные и емкие литий-ионные батареи, в которых литий сочетается с различными металлами и фосфатами, а также жидкими электролитами. Они стали очень популярными и сейчас питают почти все мобильные гаджеты. Загвоздка в том, что они используют все тот же принцип химической реакции, который не менялся ни разу за всю историю.

Чем полезна квантовая физика

Теперь же им на смену идет квантовый принцип. Если вкратце, то есть особое квантовое состояние, где частицы ведут себя совершенно иначе, нежели в обычном мире. Перейти или отправить что-то в это состояние можно только при экстремальных условиях, например в вакууме или при очень низкой температуре. Тогда одна частица может действовать как несколько разных вещей одновременно.

Еще есть такое явление, как квантовая запутанность, когда квантовые частицы определяют характеристики друг друга. В квантовых компьютерах это позволяет кодировать информацию и гораздо быстрее ее обрабатывать, чем на обычных. Но как-только какое-то значение становится определенным, квантовое состояние прекращается, а система переходит в обычное.

Так выглядит квантовая установка в лаборатории
Фото: The New York Times

Как представляют квантовые батареи сейчас

При подходящих условиях квантовое состояние хранится довольно долго. Если правила квантовой механики удастся применить к батареям, то они смогут заряжаться за считанные минуты и удерживать заряд сотни лет.

Как и обычные, квантовые аккумуляторы смогут хранить энергию, но их принцип работы будет совершенно иным. В отличие от химических реакций, которые одновременно заряжают и расходуют запасенную энергию батареи, квантовые батареи питаются за счет квантовой запутанности или поведения, более тесно связывающих батарею и ее источник.

"Квантовые батареи состоят из множества квантовых ячеек, которые действуют как одна большая квантовая батарея. Проблема состоит в том, как сохранить квантовые свойства в течение длительного времени", — объяснил Джу-Ен Гым, квантовый физик из Сеульского национального университета в Южной Корее.

Ученым необходимо решить одну большую проблему, чтобы новые батареи могли использовать все: как поддерживать их в хрупком состоянии запутанности за пределами лабораторий. Решением может стать сверхпроводник, работающий при комнатной температуре, но таких пока не открыли.

Некоторые продвижения в этом направлении уже есть. Группа из пяти ученых недавно решила попытать счастья в квантовых системах, выведенных из равновесия. Исследователи заметили на коллоквиуме, что квантовая запутанность связана с тем, насколько быстро энергия может храниться в квантовых системах многих тел.

Этот вывод подстегнул рассматривать квантовые системы как устройства хранения энергии. В 2018 году та же команда смоделировала квантовую батарею Дике с твердотельной архитектурой, а в 2022 году она протестировала базовую структуру квантовой батареи в лабораторных условиях с использованием мишени, зеркал и лазерных лучей.

В конце 2023 года другая группа исследователей предложила систему, с помощью которой квантовые батареи могли бы заряжаться в неопределенном причинно-следственном порядке (indefinite causal order или or ICO). Согласно их выводам, такие системы могут превзойти традиционные протоколы зарядки батарей.

"Мы увидели огромный прирост как в энергии, запасенной в системе, так и в термическом КПД. И, как это ни парадоксально, мы обнаружили удивительный эффект взаимодействия, обратный тому, что вы могли ожидать: зарядное устройство меньшей мощности может обеспечить более высокую энергию с большей эффективностью, чем зарядное устройство сравнительно большей мощности, использующее то же устройство", — рассказал автор исследования Юаньбо Чен из Токийского университета (Япония) во время конференции.

Важно Квантовые батареи стали в 4 раза эффективнее: что придумали ученые и где они их применят

Существуют разные пути для реализации такой футуристичной технологии. В прошлом месяце команда из Гданьского университета и Университета Калгари предложила квантовую систему зарядки аккумулятора, которая максимизирует количество энергии, хранимой в батарее, при этом минимизируя количество энергии, которая рассеивается (или теряется) в процессе зарядки. Она решила соединить квантовую батарею и зарядное устройство к ней одним резервуаром для повышения эффективности передачи энергии. По оценкам команды, благодаря новому процессу зарядки аккумулятор может хранить в четыре раза больше энергии, чем при использовании обычного зарядного устройства.

По словам физика Джеймса Куаха з Университета Аделаиды в Австралии, в обычных батареях молекулы и атомы работают по отдельности, тогда как в квантовых они действуют в унисон как волна. Благодаря этому зарядка квантовых аккумуляторов большей емкости занимает намного меньше времени, если использовать достаточно мощные зарядные устройства.

"Сейчас зарядка квантовой батареи, которая сохраняет около микроджоуля энергии в течение нано- и миллисекунд, занимает от фемто до пикосекунд. Хотя это не кажется большим сроком, на самом деле время его хранения более чем в миллион раз превышает время зарядки. Для сравнения: это будет эквивалентно обычной батарее, которая заряжается за несколько минут и способна удерживать этот заряд в течение сотен лет", — говорит ученый.

А некоторые физики предполагают, что время зарядки квантовой батареи обратно пропорционально количеству кубитов в системе. То есть, чем больше сам акумулятор, тем быстрее он заряжается.

Когда появятся квантовые батареи

Пока разработка квантовых батарей находится в зачаточном состоянии, хотя процесс набирает обороты, и готовые устройства выпустят на рынок еще не скоро. Сложнее всего сохранить системы в квантовом состоянии при их уменьшении.

Джеймс Куах считает, что квантовые батареи можно поместить в смартфоны или автомобили, но на актуальном этапе развития им нужны экстремально холодные и спокойные условия. Возможно, ядерный синтез появится раньше. Если же квантовые аккумуляторы таки будут созданы, то могут навсегда изменить сбор, доставку и контроль энергии человечеством.

Поделиться
Поделиться сюжетом
Источник материала
Батьку Святослава Вакарчука встановили незвичний памʼятник: як він виглядає і що відомо
Telegraf
2025-04-04T15:13:45Z
Військові одружуватимуться в Дії поза чергою – Уряд ухвалив постанову
ГЛАВКОМ NET
2025-04-04T15:13:23Z
У США люди змушені фарбувати на Великдень картоплю замість яєць
24tv
2025-04-04T15:06:55Z
Свіже м’ясо в рекламній паузі
Петр и Мазепа
2025-04-04T15:01:51Z
Велика Британія передасть Україні гелікоптери Puma HC.2: що про них відомо
ITC
2025-04-04T15:01:41Z
Раптово померла чернівецька журналістка Лариса Сергєєва
Детектор М
2025-04-04T15:01:41Z
Ватикан повідомив про стан Папи Римського після виходу з лікарні
ГЛАВКОМ NET
2025-04-04T14:57:21Z
Демонструвала біль дітонародження: жінка 3 години била струмом чоловіка, після чого його забрала швидка
Фокус
2025-04-04T14:51:57Z
Що має бути в кошику на Великдень: перелік дозволених продуктів
Факти ICTV
2025-04-04T14:46:59Z
У метро Києва тимчасово недоступна безконтактна оплата проїзду на турнікетах
24tv
2025-04-04T15:12:29Z
Чекають погоди: в ОТУ "Луганськ" розповіли про плани росіян біля Часового Яру
Фокус
2025-04-04T15:10:33Z
Секретарю Київради Бондаренку і його колезі Непопу загрожує 10 років в’язниці
Antikor
2025-04-04T15:09:25Z
Графіки відключення світла в Києві та області на 5 квітня: чого чекати на тлі погіршення погоди
Политека
2025-04-04T14:46:38Z
Сніг та заморозки: у Києві та області різко зміниться погода
TSN
2025-04-04T14:32:26Z
Які українські міста під загрозою: військовий експерт розповів, де Росія може піти у наступ
TSN
2025-04-04T14:32:05Z
Прогноз погоди у Львові на 5 квітня: синоптики попередили про сніг та хуртовину
Политека
2025-04-04T14:31:25Z
Росіяни вдарили дроном по Харкову: що відомо про наслідки
TSN
2025-04-04T14:31:00Z
Ворог атакує Харків — є загиблий і багато поранених
TSN
2025-04-04T14:30:52Z
Генсек НАТО підтвердив, що шлях України до членства – незворотній
Европейская правда
2025-04-04T15:13:40Z
Рютте пояснив, як бачить "стійкий мир" для України
Европейская правда
2025-04-04T15:13:05Z
"Росія є довгостроковою загрозою": Рютте про переговори і роль Китаю
TSN
2025-04-04T15:12:51Z
Митна війна Трампа явила для Кремля несподіване відкриття
ГЛАВКОМ NET
2025-04-04T15:12:41Z
Президент Вірменії підписав закон про рух країни в ЄС
Европейская правда
2025-04-04T15:12:31Z
Справа про провал оборони Харківщини: суд відпустив під домашній арешт полковника Лапіна
Лига
2025-04-04T15:09:40Z
Рютте каже, що про вихід США з формату "Рамштайн" не йдеться
Европейская правда
2025-04-04T15:06:50Z
Заступниця Труханова задекларувала біткойни та шубу з соболя
360ua.news
2025-04-04T15:03:02Z
Суд дав екснардепу Демчаку три роки умовно, він пообіцяв ₴2 мільйони на «швидкі»
УкраинФорм
2025-04-04T15:00:28Z
Названо три модні стрижки, які зроблять повне обличчя худішим і витонченішим
TSN
2025-04-04T15:13:11Z
Наслідки провалу «Білосніжки»: Disney зупинив роботу над рімейком «Рапунцель»
ITC
2025-04-04T14:46:07Z
Ще у 2022 році: Олег Винник вийшов на зв'язок і приголомшив своїм рішенням
GlavRed
2025-04-04T14:45:45Z
Дмитро Волканов розсекретив свої стосунки та прокоментував чутки про роман з Данилком
TSN
2025-04-04T14:32:09Z
Дмитро Волканов розсекретив, яку зарплату йому платив Данилко і як "витягнув його зі смітника"
TSN
2025-04-04T14:31:32Z
Відома українська акторка шокувала втратою зв'язку із сестрою в Маріуполі: "Не знаю, що з нею"
TSN
2025-04-04T14:27:23Z
Катерина Осадча здивувала, яку операцію їй нав'язували під час роботи в моделінгу
TSN
2025-04-04T14:27:07Z
Дженніфер Лопес зачарувала появою на публіці з 17-річною донькою й підкорила образом
TSN
2025-04-04T14:26:23Z
Наталія Холоденко вперше розкрила свою невиліковну хворобу і як полегшувала симптоми
TSN
2025-04-04T14:26:22Z
Фоден: Не можна вічно залишатися на вершині
Football.ua
2025-04-04T15:13:21Z
Суспільний мовник Фінляндії не транслюватиме матч збірної країни з футболу, у якому вона зіграє з Білоруссю
Детектор М
2025-04-04T15:10:05Z
Шевченко: Через політичні аспекти Україну та мене особисто не хочуть бачити в керівному органі УЄФА
Football.ua
2025-04-04T15:09:13Z
«Сподіваюсь, Овечкіну відірве ноги». Український хокеїст зробив жорстку заяву
ГЛАВКОМ NET
2025-04-04T14:57:36Z
Вокер — про аренду в Мілані: Я можу повернутися в Манчестер Сіті
Football.ua
2025-04-04T14:42:28Z
Георгій Бущан оцінив рівень футболу в Саудівській Аравії
360ua.news
2025-04-04T14:24:22Z
Величезна історична подія: Дюбуа назвав місяць, коли може відбутися бій з Усиком
Факти ICTV
2025-04-04T14:21:48Z
Бурук — про конфлікт з Моурінью: Варто очікувати, що тренери поводитимуться більш адекватно
Football.ua
2025-04-04T14:19:55Z
Уряд змінив порядок перевезення і використання спортивної зброї
УкраинФорм
2025-04-04T14:19:51Z
Українські мобілізовані-ФОПи накопичили мільйонні борги: що буде робити ДПС
TSN
2025-04-04T15:13:54Z
Світова економіка летить у прірву через торговельну війну Трампа — Reuters
TSN
2025-04-04T15:13:12Z
У якому віці в Україні виходять на пенсію: скільки платять "новачкам"
Фокус
2025-04-04T15:12:43Z
Intel та TSMC створюють спільне підприємство для виробництва мікросхем у США, — інсайдери
ITC
2025-04-04T15:01:40Z
Подорожчання кави у Львові: скільки доведеться заплатити за напій
Политека
2025-04-04T15:01:22Z
Штучний інтелект і девальвація: як команда Трампа рахувала мита для країн — аналіз експерта
Факти ICTV
2025-04-04T14:51:46Z
Ціна летить у прірву: в Україні стрімко дешевшає популярний овоч
GlavRed
2025-04-04T14:51:17Z
Верховний Суд України підтвердив право власності британської компанії Premiorri на 100% корпоративних прав української дочірньої компанії
Gazeta UA
2025-04-04T14:48:46Z
Як забезпечити деревиною бізнес і зберегти екологію: на Рівненщині обговорили проблеми галузі з першим віцеспікером Ради
Знай
2025-04-04T14:46:49Z
Як приготувати «прискорювач» компостування своїми руками
TSN
2025-04-04T15:13:22Z
Кожен знайде той самий для себе: 3 салати на Великдень, які в тренді у 2025-му
24tv
2025-04-04T14:39:25Z
Коли садити полуницю навесні: точна дата для найкращого урожаю
24tv
2025-04-04T14:39:21Z
Турист з українським корінням залишив кока-колу для найізольованішого племені: його заарештували
TSN
2025-04-04T14:32:56Z
Як виростити соковиту редиску без теплиці за три тижні: детальна інструкція
TSN
2025-04-04T14:32:26Z
Кулінари назвали три помилки під час приготування котлет, які роблять 80% господинь
TSN
2025-04-04T14:31:14Z
День ангела 4 квітня: кого та як вітати з іменинами
TSN
2025-04-04T14:29:58Z
Астрологи назвали жінок за знаком зодіаку, які ніколи не програють
TSN
2025-04-04T14:28:05Z
Сім фатальних помилок, які перетворюють плов на звичайнісіньку кашу
TSN
2025-04-04T14:27:42Z
Карти, артефакти та священник: як пошук скарбів приніс хитрій компанії мільйони
TSN
2025-04-04T15:13:58Z
Росія дронами атакувала Київську область: куди поцілили окупанти і що відомо про наслідки
TSN
2025-04-04T15:13:02Z
Хотів пограбувати будинок й мало не задушив власницю: на Камʼянеччині затримали 38-річного розбійника
Украина Криминальная
2025-04-04T15:13:01Z
Секретні лазівки гіпермаркету: колишній працівник провернув зухвалу схему на 500 тис. грн
ГЛАВКОМ NET
2025-04-04T15:03:12Z
Чоловік втратив мільйон гривень через шахраїв, які видавали себе за банківських працівників
InternetUA
2025-04-04T14:58:57Z
Через нічний удар по Харкову загинули батько, мати та їхня 12-річна донька
Лига
2025-04-04T14:51:56Z
Вибух на столичному ринку "Юність": в поліції назвали причину
TSN
2025-04-04T14:32:51Z
У Буковелі чоловік жорстоко бив коня: що відомо про інцидент
TSN
2025-04-04T14:32:00Z
Хтиву пару заскочили за сексом просто на могилі — фото
TSN
2025-04-04T14:31:49Z
Виробники ліків не поспішають знижувати ціну за рішенням РНБО — політолог
TSN
2025-04-04T15:13:49Z
Чим корисна зелена глина для волосся: тренд стрімко набирає обертів
24tv
2025-04-04T15:12:17Z
Діагностували у 12 років: Наталія Холоденко розповіла про невиліковну хворобу
Факти ICTV
2025-04-04T14:57:14Z
Наскільки шкідливий загальний наркоз для здоровʼя
24tv
2025-04-04T14:45:32Z
Добровільна смерть: як пройшов останній день чоловіка, який вирішив померти
TSN
2025-04-04T14:32:01Z
В Україні відбудуться зміни у вакцинації: яким буде новий календар щеплень
TSN
2025-04-04T14:30:59Z
Простіше, ніж здається: як прибрати зайву сіль із супу
GlavRed
2025-04-04T14:27:55Z
Що їсти, щоб не було зморшок: дієтологиня назвала ягоду №1 для здоров’я та еластичності шкіри
TSN
2025-04-04T14:27:47Z
Прибирання до Великодня: що потрібно зробити, помилки, яких потрібно уникати
TSN
2025-04-04T14:27:44Z
Невеликий "трюк" підвищує ефективність сонячних панелей: що зробили вчені
Фокус
2025-04-04T15:12:25Z
Ubisoft випустила патч для Far Cry 4 з цензурою оголених тіл — через 11 років після релізу
ITC
2025-04-04T14:55:55Z
"Масове складання зброї": як працює фабрика дезінформації і клікбейту у фейсбуці, – ЗМІ
24tv
2025-04-04T14:51:40Z
Білл Гейтс показав «найкрутіший код», який він створив для Microsoft
ITC
2025-04-04T14:46:39Z
Заміна Starlink вже в Україні
Украина Криминальная
2025-04-04T14:43:32Z
Яка земна форма життя здатна вижити на Марсі: відповідь науковців
TSN
2025-04-04T14:32:18Z
Як повернути квитки, які були втрачені після кібератаки: план дій від "Укрзалізниці"
TSN
2025-04-04T14:31:47Z
TikTok загрожує штраф у 500 мільйонів євро
24tv
2025-04-04T14:30:27Z
Миші побували у космосі і допомогли ученим зробити важливе відкриття
TSN
2025-04-04T14:30:17Z
Kіа оголошує про випуск першого середньорозмірного пікапа для Америки
Топ Жир
2025-04-04T15:00:39Z
Найзнаменитіша дівчина у світі: на честь кого назвали "Мерседес"
Фокус
2025-04-04T15:00:04Z
Можуть пробратися й туди: як захистити свій автомобіль від мишей
24tv
2025-04-04T14:33:08Z
Mercedes оновлює 2026 S-Class із великими змінами для автопілоту
Топ Жир
2025-04-04T14:00:45Z
За $449 000: класичний Ford Bronco перетворили на швидкісний електромобіль
AutoGeek
2025-04-04T13:54:49Z
Нову Toyota Corolla 2026 на 300 сил показали до презентації
Фокус
2025-04-04T13:36:41Z
Найекстремальніший суперкар Ferrari з V6 вже представлено 29 квітня
Топ Жир
2025-04-04T13:15:18Z
Поблизу України: гібридний кросовер Jeep Avenger 4xe надійшов у виробництво
AutoGeek
2025-04-04T13:12:55Z
Хилиться у віражах: у Нідерландах створили незвичний гібрид електрокара і мотоцикла
Фокус
2025-04-04T12:51:19Z