Schéma d’une batterie quantique super rapide. Crédit : CNR – Politecnico di Milano
Des chercheurs de l’Institut de Photonique et de Nanotechnologies du Cnr et du Politecnico di Milano ont construit une batterie qui, suivant les lois de la physique quantique, a un temps de recharge inversement lié à la quantité d’énergie stockée.
Les batteries quantiques sont une nouvelle catégorie de dispositifs de stockage d’énergie qui fonctionnent selon les principes de la physique quantique, la science qui étudie l’infiniment petit où les lois de la physique classique ne s’appliquent pas toujours. Tersilla Virgili, de l’Institut de photonique et de nanotechnologies du Conseil national de la recherche (Cnr-Ifn), et Giulio Cerullo, du département de physique du Politecnico di Milano, ont montré qu’il est possible de fabriquer un type de batterie quantique où la puissance de charge augmente plus rapidement en augmentant la capacité de la batterie. Les travaux, menés en collaboration avec d’autres groupes de recherche internationaux, ont été publiés dans la revue Science Advances.
“Les batteries quantiques ont une propriété contre-intuitive dans laquelle le temps de recharge est inversement lié à la capacité de la batterie, c’est-à-dire la quantité de charge électrique stockée”, explique Virgili. “Cela conduit à l’idée intrigante que la puissance de recharge des batteries quantiques est super-extensive, ce qui signifie qu’elle augmente plus rapidement avec la taille de la batterie.”
Le dispositif fabriqué est une microcavité dans laquelle le matériau actif est constitué de molécules organiques dispersées dans une matrice inerte. “Chaque molécule représente une unité qui peut exister dans un état de superposition quantique de deux niveaux d’énergie (fondamental et excité), de manière similaire à la façon dont un qubit, l’unité de base de l’information quantique, peut être à la fois 0 et 1 simultanément dans les ordinateurs quantiques”, précise Cerullo.
En construisant la pile quantique de manière à ce que les unités puissent exister en superposition, le système total peut se comporter collectivement. Ce comportement, connu sous le nom de cohérence quantique, permet aux unités d’agir de manière coopérative, donnant lieu à une charge hyper rapide qui dépend du nombre de molécules-unités.
“À l’avenir, ce type de dispositif pourra être appliqué dans divers domaines scientifiques et technologiques tels que les chargeurs sans fil, les cellules solaires et les caméras”, conclut Virgili.
Référence : “Superabsorption dans une microcavité organique : Toward a quantum battery” par James Q. Quach, Kirsty E. McGhee, Lucia Ganzer, Dominic M. Rouse, Brendon W. Lovett, Erik M. Gauger, Jonathan Keeling, Giulio Cerullo, David G. Lidzey et Tersilla Virgili, 14 janvier 2022, Science Advances.
DOI : 10.1126/sciadv.abk3160