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.

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.

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.

Поділитися
Поділитися сюжетом
Джерело матеріала
Когда россияне смогут захватить всю Украину — эксперты назвали дату
TSN
2025-05-02T17:28:37Z
Победительница "Битвы экстрасенсов" назвала дату масштабной атаки РФ на Украину
TSN
2025-05-11T13:34:57Z
МИД РФ сделал заявление о "возвращении" Украины в границы 1991 года
Comments UA
2025-05-01T15:30:25Z
Портников объяснил, почему Путин отказался от прекращения огня и предложил переговоры
TSN
2025-05-11T13:34:59Z
Кубилюс о том, почему РФ может напасть на НАТО и какую роль будет играть Украина в обороне ЕС
Европейская правда
2025-05-12T14:43:42Z
В Стокгольме задержали подозреваемого в шпионаже
Европейская правда
2025-05-12T14:43:14Z
Путин в бешенстве: как Зеленский совершил "дипломатический гамбит"
Comments UA
2025-05-12T10:46:37Z
Россиян начинает бесить 9 мая - что изменилось и в чем причина
GlavRed
2025-05-11T11:28:13Z
США нашли альтернативу аннексии Гренландии - СМИ
Корреспондент
2025-05-09T21:57:08Z
Старшая дочь Пугачева попала в большие проблемы: что произошло
Comments UA
2025-05-02T19:57:23Z
От КВН до Банковой: что известно о дружбе Елены Кравец и Елены Зеленской
Telegraf
2025-04-29T14:03:43Z
Степан Казанин резко высказался об исчезновении Елены Кравец из "Квартал 95": "Мы ее научили..."
Знай
2025-05-10T09:51:08Z
Старый костюм Зеленского изжил себя: специалист по этикету назвала причину
Telegraf
2025-04-28T16:04:40Z
Ziferblat выступят пятыми: где и когда смотреть первый полуфинал Евровидения 2025
Telegraf
2025-05-12T14:21:52Z
Никакого непотребства: Каннский кинофестиваль ввел новые требования к дресс-коду
Фокус
2025-05-12T14:14:04Z
"Мисс Украина 2023" оконфузилась заявлением о селе
Comments UA
2025-05-05T15:48:59Z
"Это слезы...": жена Виктора Павлика внезапно заговорила о втором ребенке
Знай
2025-05-04T16:51:38Z
София Ротару продала элитную недвижимость в Москве: насколько продешевила певица
Знай
2025-05-04T04:51:29Z
Украинки не планируют возвращаться домой после войны: результаты опроса
Comments UA
2025-05-07T22:27:31Z
Пенсионерам выплатят специальные надбавки: какие суммы обещают
Знай
2025-05-03T15:30:37Z
ЕС выделит Украине еще 900 млн евро на закупку оружия за счет доходов от росактивов
Европейская правда
2025-05-12T14:07:06Z
На каком расстоянии от забора можно сажать дерево в Украине
UAToday
2025-04-29T17:27:25Z
Часть из 800 млрд евро на перевооружение ЕС пойдет на закупки для ВСУ – комиссар
Европейская правда
2025-05-12T14:25:54Z
Россия значительно наращивает производство оружия - СМИ
Корреспондент
2025-05-12T14:18:09Z
Под заснеженной горой может скрываться вход в "мир пришельцев": документы ЦРУ
Фокус
2025-05-11T16:51:58Z
Делал селфи: Зеленский вышел в центр Киева и фотографировался с людьми, — соцсети
Фокус
2025-05-07T18:18:33Z
Жители российского города дрались за кашу возле «поезда победы»
Корреспондент
2025-05-03T17:18:22Z
7 важных открытий о том, как алкоголь влияет на наше тело
UAToday
2025-05-06T17:28:03Z
Завтрак для женщин: что должно быть в рационе каждой
Gazeta UA
2025-05-09T21:39:52Z
Ученые открыли редкую мутацию, которая позволяет высыпаться всего за 4 часа
Факти ICTV
2025-05-11T09:30:52Z
Что лучше для здоровья — горчица или кетчуп: врач дала окончательный ответ
UAToday
2025-05-04T12:03:37Z
Операция через глаз: американцы удалили опасную опухоль позвоночника
Новости Украины
2025-05-12T12:45:55Z
Сезонные рецепты: как приготовить спаржу с соусом голландайз
Фокус
2025-05-12T12:36:49Z
В Львове, чтобы спасти пациента, хирурги остановили работу всех органов на 1 час 20 минут
Факти ICTV
2025-05-12T09:43:21Z
Чем опасен Wi-Fi роутер и почему его стоит отключать перед сном?
UAToday
2025-05-12T09:00:21Z
Праздники 12 мая 2025 года: что нельзя делать в этот день
Корреспондент
2025-05-12T08:00:47Z
Учительница физики из Прикарпатья получила десять лет заключения за распространение наркотиков
Апостроф
2025-05-07T15:33:41Z
Над Москвой гремят взрывы
Корреспондент
2025-05-07T09:07:24Z
В Запорожье возросло число травмированных. В ГСЧС показали последствия атаки 6 мая
ZN UA
2025-05-07T04:45:58Z
Массированная атака РФ на Запорожье: количество раненых резко возросло
Comments UA
2025-05-02T04:27:11Z
Служителей МП отправили под стражу за схему для уклонистов
Корреспондент
2025-05-12T14:30:25Z
БЭБ ликвидировало подпольный табачный цех на базе свинофермы
Корреспондент
2025-05-12T14:27:39Z
Отец с сыном торговали "липовыми" отсрочками: какое наказание назначил суд
Апостроф
2025-05-12T14:13:23Z
В Днепре подростки снимали на видео, как тонет мужчина - полиция отреагировала
Апостроф
2025-05-12T14:04:15Z
Фельдшер "скорой" приговорен к 15 годам – шпионил за Силами обороны для России
Лига
2025-05-12T13:58:34Z
Пенсии заморожены, но не навсегда: власти назвали условия для повышения
Знай
2025-05-03T14:30:07Z
Всемирный банк выделил Молдове 90 миллионов долларов
Корреспондент
2025-05-12T12:51:59Z
Торговая сделка между США и Китаем стимулировала рост рынка
Корреспондент
2025-05-12T12:40:43Z
Автопроизводитель Nissan уволит 19 тысяч сотрудников - СМИ
Корреспондент
2025-05-12T12:36:00Z
Украинцы получили рекордную сумму "Нацкешбека" за месяц: детали
Comments UA
2025-05-12T12:12:29Z
Когда и на сколько в Украине собрались поднять минималку
Comments UA
2025-05-12T11:57:53Z
Nvidia модифицирует чип H20 для Китая, чтобы обойти экспортные ограничения США
Хвиля
2025-05-12T11:51:03Z
Программе "єеВосстановление" два года: сколько украинских семей получило компенсации на ремонт жилья
Апостроф
2025-05-12T11:42:49Z
Чем торгуем и почему, несмотря на выгодную торговлю, ЕС меняет правила
Корреспондент
2025-05-12T11:12:32Z
Остаемся без еды: Украину накроет опасная жара и засуха уже летом, что обещает прогноз погоды
Знай
2025-05-11T04:30:41Z
Медсестра одним выстрелом из гранатомета уничтожила группу оккупантов
Comments UA
2025-05-12T13:52:51Z
В России жалуются на массированную атаку БПЛА
Корреспондент
2025-05-06T06:39:54Z
В Киеве прохладно и сыро: синоптики обновили прогноз на субботу
Gazeta UA
2025-05-10T03:24:36Z
Украинские защитники отбили десятки атак на разных направлениях
Новости Украины
2025-05-12T14:30:45Z
У Європі знизилися запаси яблук
AgroNews
2025-05-12T14:10:43Z
Новое наступление ВСУ? Бои в Курской области
Корреспондент
2025-05-05T19:10:27Z
В Киеве фиксируют вспышку кори и гепатита А
Корреспондент
2025-05-12T13:54:47Z
Гороскоп на 13 мая: вас может увлечь интересная идея или предложение
Новости Украины
2025-05-12T13:51:35Z
Водителям объяснили, чем грозит авто добавление спирта в бензин
Хвиля
2025-05-04T09:15:41Z
На складе Tesla накоплено более 10 тысяч непроданных пикапов Cybertruck
Корреспондент
2025-05-07T17:39:20Z
Шлем пилота Формулы 1 продан за рекордную сумму
Корреспондент
2025-04-29T20:45:46Z
Универсальный транспорт: представлен оригинальный автодом-амфибия
Фокус
2025-05-12T09:27:56Z
Уклонистам не оставят ничего: заберут деньги, авто и жилье
Знай
2025-05-12T08:30:18Z
Большой вэн и еще большие возможности: Toyota Proace и Proace Verso тест
Корреспондент
2025-05-12T07:28:37Z
Как правильно действовать, если ваше авто заблокировали на парковке
Comments UA
2025-05-12T05:54:28Z
Водители годами не знали: как две кнопки на руле улучшают безопасность
Хвиля
2025-05-12T03:00:01Z
Кроссовер для активного водителя: тест-драйв нового Ford Puma
Фокус
2025-05-11T10:57:41Z
Муравьи исчезнут с участка раз и навсегда: просто смешайте сахар с этим средством
Telegraf
2025-04-29T18:51:11Z
Туристы случайно нашли 7-килограммовый клад золота и серебра в горах Чехии
Апостроф
2025-05-01T14:21:11Z
Покупка ранних овощей: что нужно знать, чтобы не принести домой "нитратную бомбу"
Знай
2025-05-01T19:51:29Z
Китайский гороскоп на май 2025 года: время перемен и внутреннего роста, кому из знаков нужно готовиться
Знай
2025-05-01T19:30:32Z
Руины и тишина: туристов привлекает село-музей под открытым небом, в котором остановилось время
Gazeta UA
2025-05-12T12:51:20Z
Кальциевая бомба: как обычная яичная вода превращается в суперподкормку для растений
Знай
2025-05-12T10:51:49Z
Ничего не стоит: как навсегда вывести из дома муравьев без дихлофоса
Фокус
2025-05-12T09:36:40Z
"Забанить" собственного ребенка": психологиня объяснила последствия наказаний
Апостроф
2025-05-12T09:09:56Z
Невероятная красота по бюджетным ценам. Все об отдыхе в "украинской Атлантиде"
Telegraf
2025-05-12T07:30:28Z
Анчелотти назначен главным тренером бразильской сборной
Корреспондент
2025-05-12T14:36:50Z
Прицел на чемпионский дубль: Флик определился с Барселоной
Корреспондент
2025-05-12T14:21:33Z
Второй лучший бомбардир Серии А потребовал МЮ для своего трансфера
Корреспондент
2025-05-12T13:33:55Z
Бывший обладатель чемпионского титула вызывает Джошуа на бой
Корреспондент
2025-05-12T13:06:02Z
Навыки главнее размеров: Кроуфорд будет побеждать Альвареса методом Усика
Корреспондент
2025-05-12T12:45:29Z
Тренер Цыганкова приступил к работе после госпитализации
Корреспондент
2025-05-12T11:57:42Z
Самый титулованный тренер: Анчелотти провел юбилейный матч в Реале
Корреспондент
2025-05-12T11:31:36Z
Круг претендентов на пост тренера Ромы сократился
Корреспондент
2025-05-12T11:21:21Z
Чемпионат мира по хоккею 2025: расписание матчей, результаты и где смотреть
Факти ICTV
2025-05-12T11:16:54Z
Microsoft объяснила подорожание новых игр для Xbox Series X|S
GameMag
2025-05-04T17:16:09Z
Можно не заряжать 2 месяца: вышел "неубиваемый" смартфон Doogee V Max S
Фокус
2025-05-12T13:58:19Z
Сегодня над Украиной взойдет Цветочное полнолуние - чем особенна эта ночь?
Новости Украины
2025-05-12T13:57:48Z
Вебінар: Гранти для фермерів. Хто отримає, хто — ні
AgroNews
2025-05-12T13:45:16Z
Надежно и безопасно: как сохранить фотографии, но обойтись без Google Photos
Фокус
2025-05-12T13:31:44Z
The Elder Scrolls IV: Oblivion Remastered установила рекорд по модам: 123 в день
Знай
2025-05-12T12:51:00Z
iPhone подорожает. Эксперты называют скрытые причины
ZN UA
2025-05-12T12:48:12Z
Новый Bluetooth спасет батарею и на iPhone, и на Android: как это работает
Фокус
2025-05-12T12:42:47Z
Аграрії засіяли вже 76% ярих зернових та зернобобових культур від прогнозованих площ
AgroNews
2025-05-12T12:19:13Z