Des chercheurs du Centre RIKEN de calcul quantique au Japon et de l'Université de science et technologie de Huazhong en Chine ont développé un modèle théorique pour une batterie quantique topologique. Ce design exploite des guides d'ondes photoniques pour permettre un transfert d'énergie efficace sur de longues distances sans dissipation. Les résultats suggèrent des avancées potentielles dans le stockage d'énergie à l'échelle nanométrique et les dispositifs quantiques.
Dans une étude publiée dans Physical Review Letters, les scientifiques Zhi-Guang Lu, Guoqing Tian, Xin-You Lü et Cheng Shang ont décrit une approche novatrice pour les batteries quantiques. Ces dispositifs stockent l'énergie en utilisant des phénomènes quantiques tels que la superposition, l'intrication et la cohérence, offrant des avantages comme une charge plus rapide et une efficacité supérieure par rapport aux batteries traditionnelles.
Les systèmes quantiques traditionnels font face à des obstacles importants, y compris la perte d'énergie par décohérence et dissipation, particulièrement dans les guides d'ondes photoniques non topologiques où les imperfections causent la dispersion des photons. Les chercheurs ont abordé ces problèmes en intégrant des propriétés topologiques —des caractéristiques structurelles qui persistent malgré des courbures ou torsions— dans la conception de la batterie. Cela permet un transfert d'énergie presque parfait et une immunité à la dissipation lorsque la source de charge et la batterie sont sur le même site, limité à un seul sous-réseau.
Une découverte intrigante est que la dissipation, généralement néfaste, peut temporairement booster la puissance de charge lorsqu'elle dépasse un niveau critique, remettant en question les hypothèses précédentes sur la perte d'énergie.
"Notre recherche fournit de nouvelles perspectives d'un point de vue topologique et nous donne des indices vers la réalisation de dispositifs de stockage micro-énergétiques haute performance. En surmontant les limitations pratiques de performance des batteries quantiques causées par la transmission d'énergie à longue distance et la dissipation, nous espérons accélérer la transition de la théorie à l'application pratique des batteries quantiques," a déclaré Zhi-Guang Lu, le premier auteur.
"À l'avenir," a ajouté Cheng Shang, l'auteur correspondant, "nous continuerons à travailler pour combler l'écart entre l'étude théorique et le déploiement pratique des dispositifs quantiques —ouvrant la voie à l'ère quantique que nous avons longtemps imaginée."
Le travail promet des applications dans le stockage d'énergie à l'échelle nanométrique, la communication quantique optique et l'informatique quantique distribuée, au milieu de besoins croissants en solutions énergétiques durables.