أعلن فريق بحث علمي أسترالي مؤخرًا أنهم صنعوا لأول مرة نموذجًا أوليًا لبطارية كمومية يمكنها إكمال العملية الكاملة "لشحن وتخزين وتفريغ الطاقة" من خلال قوانين ميكانيكا الكم. ويعتبر معلما هاما من المفهوم النظري إلى الجهاز الفعلي. تم إنجاز هذا الإنجاز تحت قيادة جيمس كواتش، عالم الفيزياء في CSIRO، مؤسسة البحث العلمي الوطنية الأسترالية، وتم نشره في مجلة "الضوء: العلوم والتطبيقات". يطلق عليها فريق البحث وحدة إمداد طاقة نانوية "إثباتية للمفهوم"، مما يشير إلى انتقال البطاريات الكمومية من النماذج الورقية إلى الأجهزة الحقيقية.
على عكس البطاريات التقليدية، التي يصعب شحنها بسرعة عندما تكبر، تستفيد هذه البطارية الكمومية مما يسمى "التأثير الجماعي": فالتآزر بين الوحدات الكمومية المتعددة يسمح للنظام بتحقيق شحن أسرع عندما يزيد عدد الوحدات. لقد تم اقتراح هذه الآلية التي تبدو غير بديهية من الناحية النظرية قبل عقد من الزمن، وقد تم الآن تأكيدها تجريبيًا على مستوى الأجهزة لأول مرة.
في السابق، أثبت فريق كواشي في العمل المبكر أن الوحدات الكمومية يمكنها مشاركة الطاقة "بطريقة جماعية"، ولكن كيفية إخراج الطاقة بشكل فعال بعد تخزينها كانت دائمًا مشكلة رئيسية نحو التطبيق العملي. يحل الجهاز الجديد هذه المشكلة من حيث التصميم الهيكلي ويحقق إعادة إطلاق يمكن التحكم فيها لطاقة الحالة الكمومية المخزنة، مما يضع أساسًا تقنيًا للتطبيقات اللاحقة.
في هذه التجربة، تستخدم البطارية الكمومية أشعة الليزر للشحن اللاسلكي، ولا يستغرق الأمر سوى الفيمتو ثانية لإكمال الحالة الكاملة - أي وقت قدره واحد على كوادريليون من الثانية. والأهم من ذلك، أنه يمكنه الحفاظ على الطاقة المخزنة بالنانو ثانية، ووقت تخزينه أطول بحوالي ستة أوامر من وقت الشحن؛ وبحسب تشبيه الباحث، فإذا تم تكبير هذه النسبة إلى المقياس الكلي، فإنها تعادل بطارية يتم شحنها لمدة دقيقة واحدة، ويمكنها الحفاظ على طاقتها لعدة سنوات.
حاليًا، تبلغ سعة النموذج الأولي للجهاز بضعة مليارات من الإلكترون فولت فقط، وهي بعيدة كل البعد عن أن تكون كافية لتشغيل أي جهاز إلكتروني حقيقي. وقال كواش إن المهمة الأساسية الحالية هي الاستمرار في تمديد الوقت الذي يمكن فيه الاحتفاظ بالطاقة في البطاريات الكمومية من أجل تحقيق إمدادات طاقة مستقرة في سيناريوهات عملية مثل إلكترونيات الاتصالات. إن الحفاظ على التماسك الكمي في الطاقة على مدى فترة زمنية طويلة بما فيه الكفاية هو شرط أساسي للهندسة.
يعتقد خبراء الصناعة أن التطبيق الواعد للبطاريات الكمومية على المدى القصير ليس استبدال بطاريات الليثيوم التقليدية بشكل مباشر، ولكن أخذ زمام المبادرة في خدمة الأجهزة المتطورة مثل أجهزة الكمبيوتر الكمومية. نظرًا لأن أنظمة الحوسبة الكمومية حساسة للغاية لدقة واضطراب إمدادات الطاقة، فمن المتوقع أن يؤدي مصدر الطاقة الذي يمكنه توصيل الطاقة بطريقة "متماسكة" إلى تقليل الضوضاء بشكل كبير وتحسين استقرار النظام.
وعلق أندرو وايت، رئيس مختبر تكنولوجيا الكم في جامعة كوينزلاند في أستراليا، والذي لم يشارك في المشروع، في مقابلة مع وسائل الإعلام بأن هذه النتيجة "تظهر بشكل جميل للغاية أن البطارية الكمومية لم تعد مجرد فكرة، بل أصبحت نموذجا أوليا تشغيليا". ويعتقد أن هذا يمكّن البطاريات الكمومية من الانتقال من المناقشات النظرية المجردة إلى مرحلة التحسين المستدام والتضخيم الهندسي.
ومن منظور طويل المدى، توضح هذه التجربة إمكانية ظهور فئة جديدة من أجهزة الشحن فائقة السرعة، والتي قد تعمل في المستقبل على تشغيل الأنظمة الإلكترونية المتقدمة مثل المعالجات عالية الأداء، أو حتى تمكين الشحن اللاسلكي لمسافات طويلة للأجهزة المحمولة. ويتصور كواتش أنه عندما تؤدي الطائرات بدون طيار أو المركبات المستقبلية مهامًا، يمكنها تجديد الطاقة من خلال مصادر الضوء التي يتم التحكم فيها كميًا أثناء الحركة. سيتم "إضاءة" بطارياتها الكمومية الداخلية لاسلكيًا أثناء التشغيل، وبالتالي اختراق قيود مصادر الطاقة التقليدية في سرعة وطريقة تجديد الطاقة.