La causalité est la clé de notre expérience de la réalité : par exemple, briser un verre le fait se briser, il ne peut donc pas s'être brisé avant de se briser. Mais dans le monde quantique, ces règles ne s’appliquent pas nécessairement, et les scientifiques ont maintenant démontré comment exploiter cette étrangeté pour charger une batterie quantique.
D’une certaine manière, les batteries quantiques sont motivées par un paradoxe. Sur le papier, ils fonctionnent en stockant l'énergie dans des états quantiques d'atomes et de molécules – et bien sûr, dès que le mot « quantique » est mentionné, vous savez que quelque chose de bizarre va se produire. Dans ce cas, une nouvelle étude révèle que les batteries quantiques peuvent fonctionner en violant ce que nous savons sur les causes et les effets.
Chen Yuanbo, auteur de l'étude, a déclaré : « Les batteries actuelles utilisées dans les appareils à faible consommation tels que les smartphones ou les capteurs utilisent généralement des produits chimiques tels que le lithium pour stocker la charge, tandis que les batteries quantiques utilisent des particules microscopiques telles que des réseaux d'atomes. Les batteries chimiques sont régies par les lois de la physique classique, tandis que les particules microscopiques sont de nature quantique. expériences : le temps."
En physique classique, le type de physique que nous expérimentons dans le monde à grande échelle, les causes et les effets sont clairement linéaires. Pour revenir à l'analogie précédente, laisser tomber un verre (événement A) provoque le bris du verre (événement B), mais on ne peut pas inverser la relation entre les deux événements. Le verre n'est pas tombé car il était brisé. Mais dans le domaine fantomatique de la physique quantique, cette limitation ne s’applique pas. Intégrer ce paradoxe aux batteries quantiques pourrait contribuer à améliorer leur efficacité.
Dans la nouvelle étude, des scientifiques de l’Université de Tokyo ont mené une expérience en laboratoire utilisant des lasers, des lentilles et des miroirs comme une grande batterie quantique. Le chargement de ces batteries nécessite généralement plusieurs étapes de charge, fonctionnant les unes après les autres, mais ici, l'équipe de recherche a tiré parti d'un effet quantique appelé ordre causal indéfini (ICO). Fondamentalement, une fois qu’ils ont amené le système en superposition quantique, l’ordre causal pourrait exister dans les deux sens à la fois, permettant à plusieurs étapes de charge de fonctionner simultanément plutôt que séquentiellement.
"Avec ICO, nous avons démontré que la manière dont une batterie composée de particules quantiques est chargée peut grandement affecter ses performances", a déclaré Chen. "Nous avons constaté d'énormes améliorations à la fois dans l'énergie stockée dans le système et dans l'efficacité thermique. Et de manière quelque peu contre-intuitive, nous avons découvert un effet surprenant d'une interaction qui était à l'opposé de ce qui était attendu : un chargeur basse consommation pouvait fournir plus d'énergie tout en étant plus efficace qu'un chargeur haute puissance utilisant le même appareil."
Cela peut être difficile à comprendre pour la plupart des gens, mais les batteries quantiques pourraient un jour devenir une réalité. Pour l’instant, ils n’existent que sous forme d’expériences en laboratoire, mais les scientifiques en testent lentement différents aspects, dans le but ultime de comprendre comment intégrer les parties dans un tout fonctionnel.
La recherche a été publiée dans la revue Physical Review Letters.