ყველას გვქონია შემთხვევა, როდესაც მნიშვნელოვან მომენტში ტელეფონი გვიჯდება. მომავალში, შესაძლოა, კვანტური ფიზიკის წესების გამოყენებით ის მყისიერად დატენოთ. სწორედ ამის პოტენციალი აქვს კვანტურ ბატარეებს.

ავსტრალიის სამეცნიერო კვლევების სააგენტომ (CSIRO) მსოფლიოში პირველი კვანტური ბატარეის პროტოტიპი შექმნა.

კოლექტიური კვანტური ეფექტები

თუ ჩვენი აქტიური მკითხველი ხართ, ალბათ, გსმენიათ სუპერპოზიციისა და გადახლართულობის კვანტური ეფექტების შესახებ, რომლებიც მიკრო ობიექტებს ძალიან უცნაურად მოქცევის საშუალებას აძლევს. სწორედ ამ "უცნაურობის" ხარჯზე კვანტურ კომპიუტერებს ისეთი პრობლემების გადაჭრა შეუძლია, რაც ტრადიციულ კომპიუტერს არ ძალუძს.

კვანტური სამყაროს ერთი უცნაური თვისებაა ე.წ. კოლექტიური ეფექტები. სწორედ ამის ხარჯზე ენიჭება კვანტურ ბატარეებს უნიკალური თვისებები. შესაბამის პირობებში, კვანტური ბატარეების შენახვის ერთეულები კოლექტიურად მოქმედებს. ეს იმას ნიშნავს, რომ ერთეულები ერთად უფრო სწრაფად იმუხტება, ვიდრე ცალ-ცალკე.

მაგალითად, კვანტურ პროტოტიპს N შენახვის ერთეულები აქვს და თითოეულს დასამუხტად წამი სჭირდება. კოლექტიური ეფექტების მიხედვით, თუ ყველა ერთეული ერთდროულად დაიმუხტება, თითოეულ ერთეულს დასამუხტად 1∕√N წამი დასჭირდება.

ეს ნიშნავს, რომ რაც უფრო დიდია კვანტური ბატარეა, მით ნაკლები დრო დასჭირდება დასამუხტად. თუ ზომას გავაორმაგებთ, დატენის დრო შემცირდება.

ეს ისე ხდება, თითქოს ერთეულებმა იცის, რომ ირგვლივ სხვა ერთეულებიც არის და მათი არსებობა ერთეულის დამუხტვას აჩქარებს. უცნაურია, ვიცით, მაგრამ ასეა.

ტრადიციული ბატარეების შემთხვევაში ყველაფერი პირიქით ხდება. ამიტომ, თქვენი სმარტფონი დაახლოებით ერთ საათში იმუხტება, ხოლო ელექტრო მანქანას რამდენიმე საათი სჭირდება.

კვანტური ბატარეის შექმნა

საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში, კვანტური ბატარეის იდეა მხოლოდ თეორიებში არსებობდა. ეს ყველაფერი 2018 წელს შეიცვალა, როდესაც CSIRO-ს მკვლევარმა, ჯეიმს ქუაჩმა გადაწყვიტა ეჩვენებინა, რომ მსგავსი ბატარეას შექმნა შესაძლებელია.

2022 წელს, ბრიტანელ და იტალიელ კოლეგებთან ერთად, ორგანული მიკროღრუების გამოყენებით ქუაჩმა კვანტური ბატარეის პროტოტიპი შექმნა. ეს იყო რამდენიმე მასალისგან დამზადებული პაწაწინა, რთული მოწყობილობა, რომელიც სინათლეს იჭერს.

ამით მათ პირველად წარადგინეს ეგზოტიკური მასალა, რომელშიც კვანტურ ბატარეებს დასამუხტად უფრო ნაკლები დრო სჭირდება.

მეტიც, მკვლევრებმა აჩვენეს, რომ დატენის დრო 1∕√N-ით მცირდება, სადაც N ბატარეაში მოლეკულების რაოდენობაა. რაც უფრო მეტ მოლეკულას შეიცავდა მოწყობილობა, მით უფრო სწრაფად იმუხტებოდა ბატარეა — ზუსტად ისე, როგორც ამას თეორია პროგნოზირებდა.

ერთ-ერთი რაც ამ პირველ პროტოტიპს არ გააჩნდა, მისგან ენერგიის ამოღების საშუალება იყო. ამისთვის, უახლეს კვლევაში მოწყობილობას დამატებითი შრეები დაამატეს. ეს შრეები ენერგიას ელექტროდენად გარდაქმნის. ამით პრაქტიკული კვანტური ბატარეისკენ უმნიშვნელოვანესი ნაბიჯი გადაიდგა.

კვლევა ჟურნალ Science & Applications-ში შეგიძლიათ ნახოთ.

პროგრესი ჯერ კიდევ წინაა

ეს ნიშნავს, რომ კვანტური ბატარეები ბაზარზე გამოჩნდება?

სამწუხაროდ, კვანტური ბატარეების მოცულობა ჯერ კიდევ ძალიან მცირეა (რამდენიმე მილიარდი ელექტრონ-ვოლტი). ხანმოკლეა მუხტიც, რომელსაც ისინი ინარჩუნებს (რამდენიმე ნანოწამი).

რას ნიშნავს ეს? კვანტური ბატარეები ჯერ ძალიან პატარაა და ამ ეტაპზე მათ სმარტფონის დატენაც გაუჭირდებათ.

მეორე მხრივ, კვანტური ბატარეები შეიძლება იდეალური იყოს კვანტური მოწყობილობების, მაგალითად, კვანტური კომპიუტერების, კვებისთვის. მომავალში, კვანტური ბატარეები შეიძლება იყოს ზუსტად ის გადაწყვეტა, რომელიც კვანტურ კომპიუტერებს უფრო დიდ მასშტაბებზე მუშაობის საშუალებას მისცემს.

მიუხედავად იმისა, რომ პრაქტიკული კვანტური ბატარეები ჯერ არ გვაქვს, მკვლევრები პროტოტიპის ზომის გაზრდას ცდილობენ. მათ იმედი აქვთ, რომ შექმნიან ჰიბრიდულ მოწყობილობას, რომელიც გააერთიანებს კვანტური ბატარეის დამუხტვის გასაოცარ დროსა და კლასიკური ბატარეის მუხტის შენარჩუნების დროს.

ამ ეტაპზე პირველი პროტოტიპი რამდენიმე ნანოწამს ძლებს. აქ უნდა გავიხსენოთ, რომ ძმები რაიტების პირველმა თვითმფრინავმა ოდნავ მეტხანს იფრინა. როგორც მკვლევრები ამბობენ, და ძნელია მათ ამაში არ დაეთანხმო, პროგრესს დრო სჭირდება. და მაინც, კვანტური ბატარეები ჰორიზონტზე უკვე გამოჩნდა.