Αν έχεις δει Big Bang Theory -που θα έχεις δει-, έχεις ακούσει αναρίθμητες φορές τον όρο “κβαντική μηχανική”.
Είναι από τους αγαπημένους του Sheldon Cooper.
Βέβαια, να σου πω ότι τη χρησιμοποιείς καθημερινά, αν έχεις υπολογιστή ή κινητό ή έχεις υποβληθεί στην όποια διαδικασία με λέιζερ ή σε μαγνητική τομογραφία.
Όλα αυτά βασίζονται σε ανακαλύψεις του κλάδου της φυσικής που εξηγεί πώς συμπεριφέρονται τα άτομα και τα μικρότερα σωματίδια (πχ ηλεκτρόνια) στον μικρόκοσμο, όπου δεν ρέει ελεύθερα η ενέργεια, αλλά σε μικρά “πακέτα” ενέργειας -τα οποία λέγονται κβάντα.
Σε απλά ελληνικά, στον καθημερινό κόσμο, η ενέργεια μπορεί να αυξομειωθεί ομαλά, σε μια -ας πούμε- ευθεία. Στον κβαντικό κόσμο, πηδάει από το ένα σκαλοπάτι στο άλλο.
Στον ίδιο ακριβώς αλλόκοτο μικρόκοσμο βασίστηκαν και επιστήμονες για να δημιουργήσουν το πρώτο πρωτότυπο μιας κβαντικής μπαταρίας.
Όπως αναφέρεται στη δημοσίευση της εργασίας τους, αντί να βασίζονται σε αργές χημικές αντιδράσεις, αξιοποίησαν κβαντικά φαινόμενα για να απορροφηθεί ενέργεια, με αποτέλεσμα όσο πιο μεγάλη είναι η μπαταρία, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η φόρτιση.
Το παράδοξο της νέας μπαταρίας
Η επαναστατική επιστημονική ανακάλυψη στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας ανήκει στον Δρ. James Quach και την ομάδα του (Quantum Batteries Team), στον CSIRO, Oργανισμό Επιστημονικής και Βιομηχανικής Έρευνας της Αυστραλίας, που είναι υπεύθυνος για την επιστημονική έρευνα και τις εμπορικές και βιομηχανικές εφαρμογές της, στη χώρα.
Με δηλώσεις του, ο Δρ Quach έδωσε στο BBC Future τις λεπτομέρειες, αρχής γενομένης από το παράδοξο της νέας μπαταρίας.
Στις συμβατικές μπαταρίες, όπως αυτές που έχουν τα smartphones ή τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητα της μπαταρίας, τόσο περισσότερο χρόνο χρειάζεται για να φορτίσει.
Στην κβαντική μπαταρία συμβαίνει το ακριβώς αντίθετο: όσο μεγαλώνει το μέγεθος (η κλίμακα) του συστήματος, τόσο πιο γρήγορα φορτίζει, κάτι που οφείλεται σε ένα κβαντικό φαινόμενο που ονομάζεται «υπερ-απορρόφηση» (super-absorption).
Ο πιο απλός τρόπος για να καταλάβεις τη διαφορά μεταξύ των δυο μπαταριών είναι να σκεφτείς πως γεμίζεις ένα μπουκάλι με νερό βρύσης.
Με την μπαταρία λιθίου, όσο μεγαλύτερο είναι το μπουκάλι, τόση περισσότερη ώρα πρέπει να μείνει ανοιχτή η βρύση για να το γεμίσεις.
Με την κβαντική μπαταρία, είναι σαν να βυθίζεις το μπουκάλι σε ωκεανό κι έτσι γεμίζει σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Όσο μεγαλύτερο είναι το μπουκάλι, τόσο πιο γρήγορα “ρουφάει” νερό.
Πώς λειτουργεί η νέα μπαταρία
Οι μπαταρίες λιθίου “στηρίζονται” στις χημικές αντιδράσεις, που προκαλούνται αφότου άτομα και ηλεκτρόνια μετακινούνται από τη μια πλευρά της μπαταρίας στην άλλη -μέσα σε υγρό ή στερεό υλικό.
Σε αυτή τη μετακίνηση, συναντούν αντιστάσεις και ζεσταίνονται και γίνεται η φόρτιση. Όσο μεγαλύτερη είναι η μπαταρία, τόσο περισσότερα σωματίδια πρέπει να κάνουν τις διαδρομές.
Στον κβαντικό κόσμο, τα σωματίδια δεν πηγαίνουν από ένα σημείο σε άλλο. Ένα σωματίδιο μπορεί να βρίσκεται σε πολλές καταστάσεις, ταυτόχρονα.
Έτσι, μια κβαντική μπαταρία μπορεί να είναι και άδεια και γεμάτη την ίδια στιγμή -«απορροφά» ενέργεια σε όλα τα πιθανά επίπεδα ταυτόχρονα, αντί να γεμίζει σταδιακά.
Αυτό είναι, εν πολλοίς, η κβαντική υπέρθεση.
Υπάρχει και η κβαντική σύμπλεξη που -με απλά λόγια- συμβαίνει όταν συνδέονται κβαντικά πολλά μόρια μεταξύ τους, παύουν να συμπεριφέρονται σαν ατομικές μονάδες και λειτουργούν σαν ένα γιγαντιαίο άτομο.
Το πρωτότυπο που έφτιαξαν οι ερευνητές φορτίζεται ασύρματα μέσω λέιζερ, απορροφώντας την ενέργεια του φωτός στιγμιαία σε ένα ενιαίο, συλλογικό συμβάν.
Πού θα βοηθήσει η κβαντική μπαταρία
Στόχος της τεχνολογίας είναι να μπορούμε, κάποια στιγμή, να φορτίζουμε ηλεκτρικά αυτοκίνητα πιο γρήγορα από όσο “παίρνει” το γέμισμα με βενζίνη ή να φορτίζουμε συσκευές ακαριαία και ασύρματα.
Επίσης, προσφέρει λύση στις τεράστιες ενεργειακές απαιτήσεις των υποδομών Τεχνητής Νοημοσύνης (AI) και των Data Centers.
Προς το παρόν, η έρευνα βρίσκεται στο στάδιο Proof-of-Concept (απόδειξη ιδέας/πρωτότυπο) σε εργαστηριακό επίπεδο.
Τα τρέχοντα πρωτότυπα είναι πολύ μικρά και συγκρατούν την ενέργεια για ελάχιστο χρόνο, οπότε υπάρχει ακόμα δρόμος μέχρι να δούμε τέτοιες μπαταρίες σε εμπορικές συσκευές.
Φάνηκε ωστόσο, ότι η θεωρία “λειτουργεί” και αυτό είναι ένα ακόμα ορόσημο στις εξελίξεις.
