Une équipe de recherche scientifique australienne a récemment annoncé avoir réalisé pour la première fois un prototype de batterie quantique capable de compléter l'ensemble du processus de « charge-stockage-décharge d'énergie » grâce aux lois de la mécanique quantique. Il est considéré comme une étape importante entre la conception théorique et le dispositif réel. Cette réalisation a été réalisée sous la direction de James Quach, physicien au CSIRO, l'institution nationale de recherche scientifique d'Australie, et a été publiée dans la revue « Light : Science & Applications ». L'équipe de recherche l'appelle une unité d'alimentation à l'échelle nanométrique « preuve de concept », marquant la transition des batteries quantiques des modèles papier aux appareils réels.
Contrairement aux batteries traditionnelles, qui sont plus difficiles à charger rapidement à mesure qu'elles grossissent, cette batterie quantique profite de ce que l'on appelle « l'effet collectif » : la synergie entre plusieurs unités quantiques permet au système d'obtenir une charge plus rapide lorsque le nombre d'unités augmente. Ce mécanisme apparemment contre-intuitif a été proposé théoriquement il y a dix ans et a maintenant été confirmé expérimentalement pour la première fois au niveau matériel.
Auparavant, l'équipe de Quachi avait prouvé lors de ses premiers travaux que les unités quantiques pouvaient partager l'énergie de « manière collective », mais comment extraire efficacement l'énergie après son stockage a toujours été un problème clé en termes de praticité. Le nouveau dispositif résout ce problème en termes de conception structurelle et permet une relibération contrôlable de l'énergie de l'état quantique stockée, jetant ainsi les bases techniques pour des applications ultérieures.
Dans cette expérience, la batterie quantique utilise des lasers pour le chargement sans fil, et il ne faut que quelques femtosecondes pour terminer l'état complet, soit un temps d'un quadrillionième de seconde. Plus important encore, il peut conserver l'énergie stockée en nanosecondes, et sa durée de stockage est environ six ordres de grandeur plus longue que le temps de charge ; selon l'analogie du chercheur, si ce rapport est élargi à l'échelle macro, il équivaut à une batterie qui se charge pendant une minute et peut conserver sa puissance pendant plusieurs années.
Actuellement, le prototype a une capacité de seulement quelques milliards d’électrons-volts, ce qui est loin d’être suffisant pour alimenter n’importe quel appareil électronique réel. Kuach a déclaré que la tâche principale actuelle est de continuer à prolonger la durée de conservation de l'énergie dans les batteries quantiques afin d'obtenir un approvisionnement énergétique stable dans des scénarios pratiques tels que l'électronique de communication. Maintenir la cohérence quantique de l’énergie sur une échelle de temps suffisamment longue est une condition préalable à l’ingénierie.
Les experts du secteur estiment que l’application la plus prometteuse des batteries quantiques à court terme n’est pas de remplacer directement les batteries au lithium traditionnelles, mais de prendre les devants en servant des appareils de pointe tels que les ordinateurs quantiques. Étant donné que les systèmes informatiques quantiques sont extrêmement sensibles à la précision et aux perturbations de l'approvisionnement en énergie, une alimentation électrique capable de fournir de l'énergie de manière « cohérente » devrait réduire considérablement le bruit et améliorer la stabilité du système.
Andrew White, directeur du laboratoire de technologie quantique de l'université du Queensland en Australie, qui n'a pas participé au projet, a déclaré dans une interview aux médias que ce résultat "montre très bien que la batterie quantique n'est plus seulement une idée, mais est devenue un prototype opérationnel". Il estime que cela permet aux batteries quantiques de passer des discussions théoriques abstraites au stade de l’optimisation durable et de l’amplification technique.
Dans une perspective à plus long terme, cette expérience démontre la possibilité d'une nouvelle classe de dispositifs de recharge ultra-rapides, qui pourraient à l'avenir alimenter des systèmes électroniques avancés tels que des processeurs hautes performances, ou même permettre la recharge sans fil longue distance d'appareils mobiles. Kuach envisage que lorsque les futurs drones ou véhicules effectueront des tâches, ils pourront reconstituer leur énergie grâce à des sources de lumière à contrôle quantique pendant le mouvement. Leurs batteries quantiques internes seront « allumées » sans fil pendant leur fonctionnement, dépassant ainsi les limites des sources d'énergie traditionnelles en termes de vitesse et de méthode de réapprovisionnement en énergie.