Bilim insanları, geleneksel şarj kurallarını alt üst eden bir kuantum pilini tanıttı

Avustralya'nın ulusal bilim kurumu CSIRO'daki bilim insanları, boyutları büyüdükçe daha hızlı şarj olan bir kuantum pil prototipi geliştirdiler — bu, geleneksel pillerde olanın tam tersidir. Araştırmacılar ayrıca, cihazın elektrik akımı üretebildiğini de göstererek, bu konsepti işlevsel bir enerji depolama sistemine bir adım daha yaklaştırdılar.

Bu sıra dışı pil, kuantum bilimcisi James Quach ve ekibi tarafından geliştirildi. Kimyasal reaksiyonlara dayanmak yerine, enerjiyi emmek ve depolamak için kuantum etkilerini kullanıyor. Prototip, birbirinden yaklaşık 100 nanometre uzaklıkta konumlandırılmış iki minik aynadan oluşan bir optik mikroboşluğa dayanıyor — bu mesafe, bir insan saçı kalınlığının yaklaşık bin katı kadar ince. Aynalar arasındaki boşluk organik boya molekülleriyle doldurulmuş ve bir lazerle aydınlatılmıştır.

Işık ve moleküller arasındaki etkileşim, polaritonlar olarak bilinen hibrit ışık-madde durumlarını yaratır. Ayrıca, moleküllerin enerjiyi bağımsız olarak emmek yerine toplu olarak hareket etmeye başladığı “süper emilim” adı verilen bir fenomen de ortaya çıkar. Molekül sayısı ne kadar fazla olursa, enerjiyi o kadar hızlı emebilirler; bu da daha büyük bir kuantum pilin, daha küçük bir pilden daha hızlı şarj olabileceği anlamına gelir.

Prototip, femtosaniye içinde şarj olur ve depolanan enerjiyi nanosaniye boyunca tutabilir; bu süre, şarj sürecinden yaklaşık bir milyon kat daha uzundur. Ancak depolayabildiği enerji miktarı, sadece birkaç milyar elektronvolt ile hâlâ çok az olduğundan, böyle bir pilin akıllı telefonlarda veya elektrikli araçlarda kullanılması şimdilik hayal bile edilemez.

En son atılım, araştırmacıların kuantum pilden elektrik akımı elde etmelerini sağlayan başka bir katman eklemeleri oldu. Ekip, sonuçları hâlâ analiz ediyor ve ayrıntıları bilimsel bir makalede yayınlamayı planlıyor.

Bu yaklaşımın en büyük avantajlarından biri, oda sıcaklığında çalışmasıdır. Süperiletken malzemelere dayanan diğer kuantum pil tasarımları, yaklaşık −150 °C’nin altındaki sıcaklıkları gerektirir; bu da onları özel ortamlar dışında çok daha az pratik hale getirir.

Bu nedenle kuantum pillerin en olası ilk uygulama alanı kuantum bilişimdir. Quach, bu teknolojinin zamanla kuantum bilgisayarların enerji tüketimini azaltırken onları daha hızlı ve hatalara daha az yatkın hale getirebileceğine ve böylece teknolojinin yaygınlaşmasına katkıda bulunabileceğine inanıyor.

En büyük zorluk, depolanan kuantum enerjisini istikrarlı, kontrollü ve kullanışlı bir biçimde nasıl elde edileceğinin bulunmasıdır. Bilim insanları ayrıca kuantum etkilerinin kırılgan olduğunu ve çevre koşulları nedeniyle bozulabileceğini uyarıyor. Araştırmacılar, hızlı şarj için kuantum bileşenlerini, enerjiyi daha uzun süre depolayabilen geleneksel katmanlarla birleştiren hibrit tasarımlar üzerinde de çalışıyor.

Ancak, en son deney, geleneksel pil bakış açısıyla neredeyse absürt gelen bir gerçeği ortaya koyuyor: pili büyütmek, aslında şarj süresini kısaltabilir.