Ερευνητές υποστηρίζουν ότι κατασκεύασαν το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο κβαντικής μπαταρίας στον κόσμο. Η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πολύ πρώιμο στάδιο, αλλά θα μπορούσε μελλοντικά να τροφοδοτεί κβαντικούς υπολογιστές και, σύμφωνα με τους πιο αισιόδοξους επιστήμονες, ακόμη και κινητά τηλέφωνα ή ηλεκτρικά οχήματα.
Μια μπαταρία που φορτίζει ταχύτερα όσο μεγαλώνει
Στον κόσμο της καθημερινής τεχνολογίας, όσο μεγαλύτερη είναι μια μπαταρία τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται για να φορτιστεί. Γι’ αυτό η φόρτιση ενός φορητού υπολογιστή μπορεί να διαρκέσει αρκετές ώρες, ενώ ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο συνήθως χρειάζεται ολόκληρη τη νύχτα. Στην ατομική και υποατομική κλίμακα, όμως, ισχύουν διαφορετικοί κανόνες. Η κβαντομηχανική μπορεί ουσιαστικά να αντιστρέψει αυτή τη γνώριμη σχέση, σύμφωνα με τον James Quach, ερευνητή κβαντικής επιστήμης στον CSIRO, τον εθνικό επιστημονικό οργανισμό της Αυστραλίας.
Ο Quach εργάζεται πάνω στην κατασκευή μιας κβαντικής μπαταρίας που, σε αντίθεση με την κοινή λογική, θα φορτίζεται γρηγορότερα όσο αυξάνεται το μέγεθός της. Όπως ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι κβαντικοί υπολογιστές θα μπορούσαν κάποτε να μεταμορφώσουν την πληροφορική, έτσι και ο ίδιος θεωρεί ότι οι κβαντικές μπαταρίες έχουν τη δυνατότητα να προκαλέσουν αντίστοιχη ανατροπή στον τομέα της ενέργειας. Τον Μάρτιο του 2026, η ομάδα του παρουσίασε εκείνο που οι ερευνητές περιγράφουν ως το πρώτο λειτουργικό πρωτότυπο κβαντικής μπαταρίας στον κόσμο.
Ο συγκεκριμένος επιστημονικός κλάδος βρίσκεται ακόμη στα πρώτα του βήματα, ενώ οι κβαντικές τεχνολογίες είναι από τη φύση τους ιδιαίτερα δύσκολες στη διαχείριση. Ορισμένοι επιστήμονες εκτιμούν ότι τέτοιες μπαταρίες θα μπορούσαν μελλοντικά να τροφοδοτούν κβαντικές συσκευές. Οι εντονότεροι υποστηρικτές τους θεωρούν πιθανό να χρησιμοποιηθούν ακόμη και σε καθημερινές συσκευές, όπως τα κινητά τηλέφωνα.
Άλλοι ερευνητές, ωστόσο, παραμένουν ιδιαίτερα επιφυλακτικοί ως προς το κατά πόσο η συγκεκριμένη τεχνολογία μπορεί να αποκτήσει πρακτικές εφαρμογές.
Η ανατροπή των γνωστών ενεργειακών ορίων
Οι συμβατικές μπαταρίες βασίζονται σε χημικές αντιδράσεις, οι οποίες προκαλούν την κίνηση 10 δισεκατομμυρίων δισεκατομμυρίων ηλεκτρονίων ή και περισσότερων μέσα από τη συσκευή που τροφοδοτείται. Παρότι ο αριθμός ακούγεται εντυπωσιακός, ορισμένοι επιστήμονες θεωρούν πλέον ότι η συγκεκριμένη τεχνολογική βάση είναι ξεπερασμένη.
Ο Dario Ferraro, αναπληρωτής καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Γένοβας, επισημαίνει ότι, παρά τις σημαντικές τεχνολογικές βελτιώσεις, οι σύγχρονες μπαταρίες εξακολουθούν να στηρίζονται σε ηλεκτροχημικές διαδικασίες που άρχισαν να μελετώνται πριν από περισσότερους από δύο αιώνες. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους επιστήμονες στρέφονται στις κβαντικές μπαταρίες, οι οποίες θα λειτουργούν αξιοποιώντας κβαντικά φαινόμενα και όχι χημικές αντιδράσεις.
Ο κόσμος της κβαντομηχανικής περιλαμβάνει έννοιες που συχνά μοιάζουν να αντιβαίνουν στην κοινή λογική. Μεταξύ αυτών βρίσκονται τα «διεμπλεκόμενα» σωματίδια, τα οποία μπορούν να επηρεάζουν το ένα το άλλο από μεγάλες αποστάσεις, αλλά και φαινόμενα στα οποία ο χρόνος εμφανίζεται να κινείται προς τα πίσω.
Η έρευνα που έθεσε τις βάσεις για τις κβαντικές μπαταρίες ξεκίνησε αρχικά από το ερώτημα ποιοι νόμοι της κλασικής φυσικής θα μπορούσαν να ανατραπούν στον κβαντικό κόσμο. Μια μελέτη-ορόσημο του 2015 έδειξε ότι η κβαντική διεμπλοκή ενδέχεται να επιτρέπει στις κβαντικές μπαταρίες να φορτίζονται και να αποφορτίζονται αποδοτικότερα από τις συμβατικές.
Σύμφωνα με τον Ferraro, η ουσία των κβαντικών μπαταριών δεν βρίσκεται στην αποθήκευση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας, αλλά στην ταχύτερη και περισσότερο ελεγχόμενη παροχή της.
Πώς λειτουργεί το νέο πρωτότυπο
Ο Quach δοκίμασε έναν τρόπο αξιοποίησης των κβαντικών φαινομένων για τη λειτουργία μιας μπαταρίας. Η πειραματική διάταξη βασίζεται σε μια οπτική μικροκοιλότητα. Δύο εξαιρετικά μικρά κάτοπτρα τοποθετούνται σε απόσταση 100 νανομέτρων μεταξύ τους, δηλαδή σε ένα κενό περίπου χίλιες φορές μικρότερο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας.
Ο ερευνητής γεμίζει το μικροσκοπικό διάστημα ανάμεσα στα κάτοπτρα με μόρια οργανικής χρωστικής και στη συνέχεια κατευθύνει προς αυτά μια δέσμη λέιζερ. Με αυτή τη μέθοδο, το φως και τα μόρια συνδέονται ισχυρά και δημιουργούν υβριδικές καταστάσεις φωτός και ύλης. Το αποτέλεσμα είναι να ενισχύεται η ικανότητα του συστήματος να απορροφά και να αποθηκεύει ενέργεια, μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται υπεραπορρόφηση.
Αυτό το φαινόμενο ευθύνεται για το πιο ασυνήθιστο χαρακτηριστικό της κβαντικής μπαταρίας. Στην κλασική φυσική, κάθε μόριο δρα ανεξάρτητα και απορροφά ενέργεια με ρυθμό που δεν επηρεάζεται από τα υπόλοιπα μόρια. Υπό κβαντικές συνθήκες, όμως, τα μόρια μπορούν να λειτουργούν συλλογικά και συντονισμένα.
Κατά συνέπεια, ο ρυθμός απορρόφησης της ενέργειας αυξάνεται μαζί με τον αριθμό των μορίων. Αυτό σημαίνει ότι όσο περισσότερα μόρια περιλαμβάνει η μπαταρία και όσο μεγαλύτερη γίνεται τόσο πιο γρήγορα μπορεί να φορτιστεί. Το πρωτότυπο του Quach χρειάστηκε μόνο femtoseconds, δηλαδή τετράκις εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, για να φορτιστεί. Στη συνέχεια διατήρησε την ενέργεια για nanoseconds, περίπου έξι τάξεις μεγέθους περισσότερο.
Το πρώτο ηλεκτρικό ρεύμα από κβαντική μπαταρία
Το φαινόμενο της υπεραπορρόφησης παρουσιάστηκε για πρώτη φορά πειραματικά από τον Quach και την ομάδα του το 2022. Τον Μάρτιο του 2026, οι ερευνητές προχώρησαν ένα βήμα παραπέρα, καταφέρνοντας να εξαγάγουν ηλεκτρικό ρεύμα από το πρωτότυπο.
Εάν το ρεύμα μπορούσε να παραχθεί σε πολύ μεγαλύτερη ένταση, θα ήταν ενδεχομένως δυνατό να χρησιμοποιηθεί για τη φόρτιση ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών. Η οπτική μικροκοιλότητα του Quach δεν αποτελεί τη μοναδική πιθανή μέθοδο κατασκευής κβαντικής μπαταρίας. Μια διαφορετική προσέγγιση χρησιμοποιεί υπεραγώγιμα υλικά, τα οποία αξιοποιούνται ήδη ευρέως στην κβαντική πληροφορική.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα του σχεδιασμού του Quach είναι ότι μπορεί να λειτουργήσει σε θερμοκρασία δωματίου. Αντίθετα, οι υπεραγώγιμες διατάξεις λειτουργούν μόνο σε κρυογενικές θερμοκρασίες, οι οποίες ξεκινούν κάτω από τους -150 βαθμούς Κελσίου. Τέτοιες συνθήκες μπορεί να είναι αποδεκτές για έναν κβαντικό υπολογιστή, αλλά δεν θεωρούνται πρακτικές για την τροφοδοσία ενός κινητού τηλεφώνου. Ο Mauro Paternostro, κβαντικός φυσικός στο Queen’s University Belfast, εκτιμά ότι η οπτική μικροκοιλότητα αποτελεί την ισχυρότερη επιλογή για να αποδειχθεί πειραματικά ότι το πλεονέκτημα της κβαντικής φόρτισης είναι πραγματικό φυσικό φαινόμενο. Μακροπρόθεσμα, ωστόσο, θεωρεί ότι ο υπεραγώγιμος σχεδιασμός μπορεί να αποδειχθεί καταλληλότερος για πρακτικές εφαρμογές, επειδή επιτρέπει ευκολότερη εξαγωγή της αποθηκευμένης ενέργειας.
Κατά τον Paternostro, η μικροκοιλότητα προσφέρει μια εντυπωσιακή συλλογική επίδειξη του φαινομένου, αλλά περιορισμένο έλεγχο ως προς την ανάκτηση της ενέργειας σε χρήσιμη και συγκεκριμένα κατευθυνόμενη μορφή.
Η εξαιρετικά εύθραυστη κβαντική κατάσταση
Το τελευταίο πείραμα του Quach αποτελεί ένα πρώτο, αλλά ακόμη διστακτικό, βήμα προς μια κβαντική μπαταρία που θα μπορούσε κάποτε να υποκαταστήσει τις συμβατικές. Στη σημερινή της μορφή, η πρωτότυπη μπαταρία αποθηκεύει μια εξαιρετικά μικρή ποσότητα ενέργειας, μόλις μερικά δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ, και τη διατηρεί για λίγα nanoseconds. Για να τροφοδοτήσει μια συμβατική συσκευή, θα έπρεπε να αποθηκεύει πολύ περισσότερη ενέργεια και να τη διατηρεί για πολύ μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Ο Quach υποστηρίζει ότι έχει ήδη επιτύχει κάτι τέτοιο με έναν νέο σχεδιασμό και ετοιμάζει επιστημονική εργασία για τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων. Η νέα διάταξη χρησιμοποιεί μια «υβριδική δομή». Τα κβαντικά στοιχεία επιτρέπουν την εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση, ενώ πρόσθετα συμβατικά στρώματα διατηρούν αποθηκευμένη την ενέργεια για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Ο ερευνητής σχεδιάζει επίσης να συνδέσει πολλές μικροσκοπικές κβαντικές μπαταρίες, ώστε να αυξηθεί η συνολική χωρητικότητά τους. Εκτιμά ότι, εάν επιτευχθούν και οι δύο στόχοι, η τεχνολογία θα πλησιάσει στο σημείο όπου θα μπορεί να τροφοδοτήσει μια συμβατική συσκευή.
Αρκετοί επιστήμονες εξακολουθούν, πάντως, να αντιμετωπίζουν με σκεπτικισμό αυτή την προοπτική. Τα κβαντικά φαινόμενα είναι ιδιαίτερα εύθραυστα και μπορούν να διαταραχθούν εύκολα από την παρατήρηση, την αλληλεπίδραση ή άλλες εξωτερικές παρεμβολές. Ο Ferraro προειδοποιεί ότι οι αλληλεπιδράσεις με το περιβάλλον μπορούν να υποβαθμίσουν γρήγορα τα κβαντικά φαινόμενα, περιορίζοντας τόσο την απόδοση όσο και τη δυνατότητα κατασκευής συστημάτων μεγαλύτερης κλίμακας.
Το πρόβλημα αυτό μπορεί να εξουδετερώσει μέρος του αναμενόμενου πλεονεκτήματος των κβαντικών μπαταριών. Η αντιμετώπισή του θεωρείται κρίσιμη για τη μετάβαση της τεχνολογίας από τη θεωρία στις πραγματικές εφαρμογές.
Οι κβαντικοί υπολογιστές πιθανό πρώτο πεδίο εφαρμογής
Εάν επιτευχθεί ουσιαστική πρόοδος, οι κβαντικές μπαταρίες είναι πιθανότερο να επηρεάσουν πρώτα την κβαντική πληροφορική. Οι κβαντικοί υπολογιστές υπόσχονται ότι στο μέλλον θα μπορούν να εκτελούν ορισμένες εργασίες ταχύτερα ακόμη και από τους ισχυρότερους υπερυπολογιστές. Ειδικοί της τεχνολογίας έχουν επίσης προειδοποιήσει ότι θα μπορούσαν να απειλήσουν τα συστήματα κρυπτογράφησης σε παγκόσμιο επίπεδο.
Δεν συμμερίζονται, ωστόσο, όλοι την αισιοδοξία γύρω από την κβαντική πληροφορική. Μια πρόσφατη επιστημονική εργασία κατέταξε τους κβαντικούς υπολογιστές μαζί με την ενέργεια από πυρηνική σύντηξη και τις διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή στις τεχνολογίες που περιγράφονται διαρκώς ως «πέντε χρόνια μακριά». Ο Quach υποστηρίζει ότι μέσα στα επόμενα χρόνια θα μπορέσει να τροφοδοτήσει κβαντικές συσκευές με κβαντικές μπαταρίες στο εργαστήριό του. Εφόσον αυτό καταστεί δυνατό, εκτιμά ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να περιορίσει την ενέργεια που καταναλώνουν οι κβαντικοί υπολογιστές. Θα μπορούσε επίσης να τους καταστήσει ταχύτερους, λιγότερο επιρρεπείς σε σφάλματα και ευκολότερους στην επέκταση σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Θα μπορούσαν να φορτίζουν κινητά και ηλεκτρικά αυτοκίνητα;
Ο Quach εμφανίζεται λιγότερο βέβαιος ως προς τη χρήση των κβαντικών μπαταριών σε συμβατικές συσκευές, χωρίς όμως να αποκλείει το ενδεχόμενο. Επειδή η φόρτιση της μπαταρίας γίνεται με λέιζερ, υποστηρίζει ότι θα μπορούσε θεωρητικά να αναπτυχθεί ένα σύστημα που θα φορτίζει ηλεκτρικά αυτοκίνητα ενώ αυτά κινούνται. Σε ένα τέτοιο σενάριο, οι οδηγοί δεν θα χρειαζόταν πλέον να σταματούν για επαναφόρτιση.
Ο Ferraro παραμένει πολύ πιο επιφυλακτικός. Κατά την εκτίμησή του, οι κβαντικές μπαταρίες είναι απίθανο να αντικαταστήσουν τις συμβατικές σε καθημερινές εφαρμογές, όπως τα κινητά τηλέφωνα και τα ηλεκτρικά οχήματα. Θεωρεί ότι το φυσικό πεδίο χρήσης τους βρίσκεται στην κβαντική κλίμακα. Ο Paternostro επισημαίνει ότι το σημαντικότερο άλυτο πρόβλημα είναι να αξιοποιηθεί το πλεονέκτημα της κβαντικής φόρτισης και, ταυτόχρονα, να ανακτηθεί η ενέργεια με ελεγχόμενο τρόπο και σε πραγματικά χρήσιμη μορφή. Ο επιστήμονας που θα καταφέρει να λύσει αυτό το πρόβλημα θα έχει πραγματοποιήσει, σύμφωνα με τον ίδιο, την πραγματική τεχνολογική ανακάλυψη.
Πηγή: BBC
