MY.UAНовини
Революція в енергетиці: як працюють квантові батареї і коли зможуть живити гаджети
Революція в енергетиці: як працюють квантові батареї і коли зможуть живити гаджети

Революція в енергетиці: як працюють квантові батареї і коли зможуть живити гаджети

Науковці запевняють, що завдяки квантовому стану величезні акумулятори заряджатимуться тим швидше, чим вони більші, але можуть бути й досить маленькими, щоб поміститися в смартфоні або ноутбуці.

Групи вчених по всьому світу працюють над технологією квантових акумуляторів, які краще триматимуть заряд, ніж звичайні. Видання Gizmodo пояснило, як такі батареї працюватимуть і коли з'являться.

Старі та нові батареї

Акумулятори — це досить велика сфера технологій, що використовують хімічні реакції для виробництва і зберігання електричної енергії. У побутових моделях електрика з'являється завдяки потоку електронів у ланцюзі. Для цього людство більш ніж за 200 років використовувало різні елементи, здебільшого кислоти та метали, і досі продовжує експериментувати зі складом батарейок.

У 1859 році з'явився свинцево-кислотний акумулятор, перший зі свого роду, здатний перезаряджатися шляхом зміни напрямку струму в системі. Такі досі використовуються в автомобілях із двигунами внутрішнього згоряння, але в інших сферах застосовуються рідко через велику вагу.

Наприкінці 20-го століття з'явилися легкі, компактні та ємні літій-іонні батареї, в яких літій поєднується з різними металами та фосфатами, а також рідкими електролітами. Вони стали дуже популярними і зараз живлять майже всі мобільні гаджети. Заковика в тому, що вони використовують той самий принцип хімічної реакції, який не змінювався жодного разу за всю історію.

Чим корисна квантова фізика

Тепер же їм на зміну йде квантовий принцип. Якщо коротко, то є особливий квантовий стан, де частинки поводяться зовсім інакше, ніж у звичайному світі. Перейти або відправити щось у цей стан можна тільки за екстремальних умов, наприклад у вакуумі або за дуже низької температури. Тоді одна частинка може діяти як кілька різних речей одночасно.

Ще є таке явище, як квантова заплутаність, коли квантові частинки визначають характеристики одна одної. У квантових комп'ютерах це дає змогу кодувати інформацію і набагато швидше її обробляти, ніж на звичайних. Але щойно якесь значення стає визначеним, квантовий стан припиняється, а система переходить у звичайний.

Такий вигляд має квантова установка в лабораторії
Фото: The New York Times

Як представляють квантові батареї зараз

За відповідних умов квантовий стан зберігається досить довго. Якщо правила квантової механіки вдасться застосувати до батарей, то вони зможуть заряджатися за лічені хвилини й утримувати заряд сотні років.

Як і звичайні, квантові акумулятори зможуть зберігати енергію, але їхній принцип роботи буде зовсім іншим. На відміну від хімічних реакцій, які одночасно заряджають і витрачають накопичену енергію батареї, квантові батареї живляться завдяки квантовій заплутаності або поведінці, що тісніше пов'язують батарею і її джерело.

"Квантові батареї складаються з безлічі квантових осередків, які діють як одна велика квантова батарея. Проблема полягає в тому, як зберегти квантові властивості протягом тривалого часу", — пояснив Джу-Ен Гім, квантовий фізик із Сеульського національного університету в Південній Кореї.

Вченим необхідно вирішити одну велику проблему, щоб нові батареї могли використовувати всі: як підтримувати їх у крихкому стані заплутаності за межами лабораторій. Рішенням може стати надпровідник, що працює за кімнатної температури, але таких поки що не відкрили.

Деякі просування в цьому напрямку вже є. Група з п'яти вчених нещодавно вирішила спробувати щастя в квантових системах, виведених з рівноваги. Дослідники помітили на колоквіумі, що квантова заплутаність пов'язана з тим, наскільки швидко енергія може зберігатися в квантових системах багатьох тіл.

Цей висновок підштовхнув розглядати квантові системи як пристрої зберігання енергії. У 2018 році та сама команда змоделювала квантову батарею Діке з твердотілою архітектурою, а у 2022 році вона протестувала базову структуру квантової батареї в лабораторних умовах з використанням мішені, дзеркал і лазерних променів.

Наприкінці 2023 року інша група дослідників запропонувала систему, за допомогою якої квантові батареї могли б заряджатися в невизначеному причинно-наслідковому порядку (indefinite causal order або or ICO). Згідно з їхніми висновками, такі системи можуть перевершити традиційні протоколи зарядки батарей.

"Ми побачили величезний приріст як в енергії, запасеної в системі, так і в термічному ККД. І, як це не парадоксально, ми виявили дивовижний ефект взаємодії, зворотний до того, що ви могли очікувати: зарядний пристрій меншої потужності може забезпечити вищу енергію з більшою ефективністю, ніж зарядний пристрій порівняно більшої потужності, який використовує той самий пристрій", — розповів автор дослідження Юаньбо Чен із Токійського університету (Японія) під час конференції.

Важливо Квантові батареї стали в 4 рази ефективнішими: що придумали вчені і де вони їх застосують

Існують різні шляхи для реалізації такої футуристичної технології. Минулого місяця команда з Гданського університету та Університету Калгарі запропонувала квантову систему зарядки акумулятора, яка максимізує кількість енергії, збереженої в батареї, водночас мінімізуючи кількість енергії, що розсіюється (або втрачається) в процесі зарядки. Вона вирішила з'єднати квантову батарею і зарядний пристрій до неї одним резервуаром для підвищення ефективності передачі енергії. За оцінками команди, завдяки новому процесу зарядки акумулятор може зберігати вчетверо більше енергії, ніж при використанні звичайного зарядного пристрою.

За словами фізика Джеймса Куаха з Університету Аделаїди в Австралії, у звичайних батареях молекули й атоми працюють окремо, тоді як у квантових вони діють в унісон як хвиля. Завдяки цьому зарядка квантових акумуляторів більшої ємності займає набагато менше часу, якщо використовувати досить потужні зарядні пристрої.

"Наразі заряджання квантової батареї, яка зберігає близько мікроджоуля енергії протягом нано- і мілісекунд, займає від фемто до пікосекунд. Хоча це не здається великим терміном, насправді час його зберігання більш ніж у мільйон разів перевищує час заряджання. Для порівняння: це буде еквівалентно звичайній батареї, яка заряджається за кілька хвилин і здатна утримувати цей заряд упродовж сотень років", — каже вчений.

А деякі фізики припускають, що час зарядки квантової батареї обернено пропорційний кількості кубітів у системі. Тобто, чим більший сам акумулятор, тим швидше він заряджається.

Коли з'являться квантові батареї

Поки розробка квантових батарей перебуває в зародковому стані, хоча процес набирає обертів, і готові пристрої випустять на ринок ще не скоро. Найскладніше зберегти системи у квантовому стані при їхньому зменшенні.

Джеймс Куах вважає, що квантові батареї можна помістити в смартфони або автомобілі, але на актуальному етапі розвитку їм потрібні екстремально холодні та спокійні умови. Можливо, ядерний синтез з'явиться раніше. Якщо ж квантові акумулятори таки будуть створені, то можуть назавжди змінити збирання, доставлення та контроль енергії людством.

Раніше писали, що вчені з Японії та Китаю змогли зарядити квантову батарею, порушивши правила фізики. Ключову роль зіграв квантовий ефект невизначеного причинного порядку.

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
Передавал врагу координаты ВСУ: суд наказал военного-предателя
Новости Украины
2025-04-05T09:18:45Z
Замучили известного композитора и поэта
Gazeta UA
2025-04-01T02:39:18Z
Оккупанты шокированы: командование РФ запретило эвакуацию раненых
Comments UA
2025-04-02T20:45:01Z
Трогать нельзя! В Запорожье заметили редкого жука, но он очень ядовитый
Telegraf
2025-04-04T15:13:16Z
Україна наростила експорт живої ВРХ
AgroNews
2025-04-05T12:13:28Z
Россияне почти полностью захватили Торецк? Что происходит на самых горячих направлениях
Telegraf
2025-04-05T11:57:52Z
В Чернобыльском заповеднике появился «незваный гость», вытесняющий местные виды
Комсомольская правда
2025-04-02T05:01:30Z
ВС РФ расширяют плацдарм в Лимане: в ISW выяснили, что задумали россияне
Фокус
2025-04-02T07:36:58Z
Украинские военные уничтожают элитные подразделения рф в Часовом Яру. ВИДЕО
Новости Украины
2025-04-02T06:39:47Z
Россияне бешенеют от злости: Пугачева вернулась с новыми с песнями о войне
Comments UA
2025-03-31T20:48:28Z
Украинскую модель нашли искалеченной в Дубае: появились новые подробности о ее состоянии
Comments UA
2025-03-31T20:42:25Z
"Время больше не работало", - женщина, которая была мертвой 24 минуты, рассказала об ощущениях
Новости Украины
2025-03-31T21:03:37Z
Самый массовый призыв срочников от диктатора Путина: реакция Украины
Comments UA
2025-04-01T14:54:54Z
Истерика украинцев из-за приближения морозов разозлила блогера
Апостроф
2025-04-05T12:42:48Z
Как украсить пасхальную корзину и что к ней положить: советы, которые сохранят традиции
VGorode
2025-04-05T12:15:38Z
Бои в Курской области: генерал ВСУ рассказал о тактике и угрозах со стороны РФ
TSN
2025-04-01T10:13:34Z
Церковный праздник 1 апреля: что нельзя делать, чтобы не получить проблемы
Telegraf
2025-03-31T21:21:45Z
Мобилизация в Украине с 1 апреля: кто может остаться без брони
Факти ICTV
2025-04-01T17:03:20Z
Что вновь пошло не так: в чем США обвинили Зеленского
Comments UA
2025-04-05T11:54:37Z
Может остановить Россию за 24 часа: Жданов удивил, как можно закончить войну в Украине
TSN
2025-04-01T16:13:50Z
"Мы ее ждали": российские спецслужбы сделали заявление о Пугачевой
GlavRed
2025-04-01T15:00:54Z
Проверки на детекторе лжи: Зеленский потребовал найти "слившего" детали сделки по недрам, — FT
Фокус
2025-04-05T10:57:17Z
Дроны СБУ поразили в России завод "Промсинтез", производящий взрывчатку – источник
Лига
2025-04-05T12:54:03Z
Рютте отреагировал на идею Мелони о защите Украины "по пятой статье НАТО"
Корреспондент
2025-04-05T12:51:21Z
Россияне нанесли ракетный удар по Кривому Рогу
Комсомольская правда
2025-04-05T00:00:15Z
Зеленский назвал условия, при которых мир наступит в 2025 году
Gazeta UA
2025-04-02T06:06:13Z
Трамп связал свою каденцию не с Израилем или Китаем, а именно с Украиной: мнение эксперта
Политека
2025-04-02T20:19:19Z
Бывший участник команды Данилко назвал сумму, которую ему платил артист/Финалист "Х-фактора" работал у артиста на бэк-вокале
Апостроф
2025-04-03T15:33:34Z
Жила в России 20 лет, но приезжала в Украину к дочери: как выглядит мама Поляковой и что о ней известно
Telegraf
2025-04-01T17:03:53Z
Спикер ВМС ВСУ увидел "карательную дискотеку"/ Сеть взорвалась комментариями от современного российского эстрадного "творчества"
Апостроф
2025-04-01T16:39:08Z
Актер Ярошенко прокомментировал, почему не вернулся в Украину после выезда за границу с разрешения Минкульта
Комсомольская правда
2025-04-04T16:36:52Z
Звезда боевиков Жан-Клод Ван Дамм оказался в центре скандала: актера обвиняют в торговле людьми в Румынии
Знай
2025-04-05T12:51:22Z
София Ротару отреагировала на обстрел Кривого Рога
Фокус
2025-04-05T12:36:17Z
Дважды победил в "Голосі", женился на старшей девушке из соседнего села: интересные факты из жизни Романа Сасанчина/После участия в шоу парень стал народным любимцем
Апостроф
2025-04-01T14:39:18Z
Популярный американский актер потерял штаны во время шоу
GlavRed
2025-04-01T20:30:58Z
Процедура под наркозом: Гвоздева объяснила, что делала в больнице
Факти ICTV
2025-04-01T10:13:15Z
Боксер по провищу "Успех" умер во время боя
Telegraf
2025-04-01T09:54:16Z
В УЕФА почтили память российского футболиста, который добровольно пошел убивать украинцев
Telegraf
2025-04-03T15:12:02Z
Бывший футболист "Динамо" неожиданно поддержал Россию
ZN UA
2025-03-31T22:57:52Z
"Динамо" обыграло "Рух" в Кубке Украины благодаря соло голу Пихаленка
Telegraf
2025-04-02T16:57:27Z
Чемпион мира из команды украинца Довбика объявил о завершении карьеры
ZN UA
2025-04-05T12:21:54Z
Власти накажут украинского спортсмена, "отправившего" женщин в окопы
Telegraf
2025-04-05T11:45:47Z
Кубок Украины: где и когда смотреть четвертьфиналы "Динамо" и "Шахтера"
Telegraf
2025-04-01T14:21:18Z
Озвучена реакция УАФ на информацию о натурализации легионера Шахтера
Корреспондент
2025-04-01T11:24:20Z
Миколенко пропустит матч против Арсенала
Корреспондент
2025-04-05T11:18:42Z
Этот дешевый раствор отбелит ваш тюль: от жира и пыли не останется ни следа
Telegraf
2025-04-03T19:06:34Z
Чем помыть краны, чтобы сверкали, как новые: эффективные методы, о которых мало кто знает
TSN
2025-04-01T12:13:34Z
Избегайте тем о политике и религии: аргентинка раскрыла особый секрет долголетия
Gazeta UA
2025-04-01T12:03:30Z
Как выбрать хороший растворимый кофе: украинцам дали лайфхаки
Апостроф
2025-04-01T18:27:38Z
Пицца "минутка", для которой не нужно раскатывать тесто: ленивый рецепт
Telegraf
2025-04-05T10:15:26Z
Дом, дерево и две скамейки: как выглядит самый маленький остров в мире
Фокус
2025-04-05T10:00:24Z
Как ухаживать за седыми волосами: прически для женщин старше 40 лет
GlavRed
2025-04-01T16:30:42Z
Последний шанс спасти свою сладкую жизнь: рецепт тех самых легендарных пряников с глазурью
Знай
2025-04-01T06:51:33Z
Подготовка к посадке картофеля: секреты и рекомендации для дачников в 2025 году, как спасти от заморозков
Знай
2025-04-05T08:51:11Z
Пенсионеры могут не дождаться пересчета: как заставить ПФУ вовремя заплатить деньги
Знай
2025-04-01T14:30:57Z
Когда появятся гривны с новыми портреты на банкнотах: в НБУ сделали заявление
Comments UA
2025-04-02T10:27:20Z
ПриватБанк объявил новую волну выплаты госпомощи в 1,5 тыс. грн: какие условия
Апостроф
2025-04-01T14:45:39Z
Польша хочет получить свой порт в Одессе для экспорта зерна в Африку
Хвиля
2025-04-04T19:54:03Z
Китай заморозил сделку по продаже активов TikTok из-за пошлин Трампа - СМИ
Корреспондент
2025-04-05T12:45:16Z
В апреле часть пенсионеров получит дополнительные выплаты: кто и сколько может рассчитывать
Новости Украины
2025-04-05T10:33:05Z
Маск потерял миллиарды долларов из-за пошлин Трампа
Апостроф
2025-04-04T10:30:26Z
В Госспецсвязи сделали заявление по поводу кибератаки на УЗ
Корреспондент
2025-04-01T14:30:33Z
«Лекарства подешевеют на 5-52%»: журналистка рассказала, что еще изменится в апреле
Знай
2025-04-02T06:21:36Z
В Днепре во время теракта погиб товарищ Филатова
Comments UA
2025-04-04T11:15:56Z
В Киеве нетрезвый мужчина стрелял в больнице
Gazeta UA
2025-03-31T19:57:45Z
Враг нанес массированный удар дронами по Харькову: последствия
Хвиля
2025-04-02T06:42:03Z
Авиаудар по общине в Запорожье: количество пострадавших возросло. ФОТО
Новости Украины
2025-04-01T02:45:10Z
На Львовщине грузовик раздавил бус, есть жертвы
Корреспондент
2025-04-05T12:45:26Z
По меньшей мере 20 взрывов: дроны СБУ атаковали российского производителя взрывчатки
Фокус
2025-04-05T12:36:13Z
Полицейская операция в Валенсии: конфисковали тонну кокаина
Европейская правда
2025-04-05T12:33:22Z
Количество раненых в Кривом Роге превысило 70 человек, в больницах - шестеро детей
Комсомольская правда
2025-04-05T11:09:46Z
Социальные сети: Завод оптоволокна в РФ атаковали во второй раз
Корреспондент
2025-04-05T11:03:51Z
Осторожно, апрель 2025: опасные дни, которые могут перевернуть вашу жизнь
Знай
2025-03-31T19:30:00Z
"Женщину трогают за грудь, мужчину хватают за пах": Metal Gear Solid Delta: Snake Eater получила взрослый возрастной рейтинг
GameMag
2025-03-31T19:46:10Z
Научный прорыв позволит долететь до Альфа Центавра: что сконструировали ученые
Фокус
2025-04-01T11:10:57Z
Nintendo раскрыла размеры Mario Kart World, Donkey Kong Bananza и других игр «первой волны» для Switch 2
GameMag
2025-04-05T12:43:52Z
Ретроградная Венера до 15 апреля 2025: что нельзя делать
Фокус
2025-04-05T12:42:12Z
Новое предупреждение спасет от "дорогостоящего" кошмара — оно есть на миллионах телефонов
Фокус
2025-04-05T12:00:42Z
Новый российский вирус TsarBot ворует деньги через Android: маскируется под обычные приложения
Знай
2025-04-05T11:51:37Z
Украину накрыла мощная магнитная буря
Новости Украины
2025-04-05T09:33:03Z
Литосферная плита под США постепенно "тает" и стекает в магму, - ученые
UAToday
2025-04-05T09:30:02Z
Sony без лишнего шума отправляет PlayStation 4 на покой
GameMag
2025-04-02T08:27:40Z
Nissan прекращает прием заказов на мексиканские Infiniti в США из-за пошлин
Корреспондент
2025-04-04T17:24:15Z
У монстра теперь два "сердца": легендарную Honda превратили в мощный спорткар
Знай
2025-04-04T12:51:49Z
Продажи автомобилей Tesla в мире резко упали из-за одиозной политики Илона Маска
Известия Киев
2025-04-04T10:30:07Z
Формула-1: где смотреть трансляции гонок в Украине сезона-2025
Факти ICTV
2025-04-04T09:55:54Z
Семейный люкс: тест-драйв нового кроссовера Volvo XC90
Фокус
2025-04-04T09:00:41Z
Hyundai презентовала туалет на колесах: главное - успеть добежать, а еще можно смотреть в окошко
Знай
2025-04-04T02:51:05Z
Составили рейтинг самых ненадежных авто
Gazeta UA
2025-04-04T01:48:06Z
Škoda представила новый электрический внедорожник
Корреспондент
2025-04-03T19:12:44Z
Можно ли похудеть без тренировок - объяснение звездного тренера
Gazeta UA
2025-04-05T12:30:23Z
Почему надо пить воду при высокой температуре
UAToday
2025-04-05T12:03:42Z
Что будет, если есть по 100 грамм кабачковой икры регулярно: польза продукта и кому запрещено употреблять
Знай
2025-04-05T10:51:39Z
В Украине начал существенно снижаться уровень заболеваемости гриппом и простудой
Известия Киев
2025-04-05T09:31:38Z
Как похудеть без ежедневного подсчета калорий: исследователи нашли эффективный метод
UAToday
2025-04-05T09:00:05Z
Почта вместо аптеки? Минздрав обещает доступ к лекарствам, но насчет логистики компании сомневаются
Фокус
2025-04-05T06:30:05Z
Что произойдет с вашим телом, если пить сок на ночь
Comments UA
2025-04-05T05:30:09Z
"Доставка в ТЦК еще быстрее...": эксперт ответил, что грозит школам, больницам и медцентрам в Украине
Знай
2025-04-05T02:30:19Z
Почему надо пить воду при высокой температуре
Gazeta UA
2025-04-05T02:18:32Z