要約:
オーストラリア連邦科学産業研究機関の量子科学研究者であるジェームス・クアック氏率いるチームが、
フェムト秒 (10 マイナス 15 秒) レベルで充電し、そこから電流を取り出すことができる量子電池のプロトタイプの構築に初めて成功したと報告されています。
この量子電池の中心原理は、「超吸収」と呼ばれる量子効果です。従来のバッテリーでは、バッテリーが大きいほど充電に時間がかかります。超吸収効果はその逆です。関与する分子が多いほど、システムはより速くエネルギーを吸収します。
プロトタイプのデバイスは、約 100 ナノメートル離れた 2 つのミラーで構成され、ミラー表面の間に有機色素分子が充填された光学マイクロキャビティ構造を使用しています。
レーザーがマイクロキャビティに入射された後、光は分子と強く相互作用し、混合光材料状態が生じます。この状態では、分子は古典的なシステムのように独立してエネルギーを吸収することはなくなり、集合的に反応して単一の超吸収イベントで光エネルギーを捕捉し、フェムト秒充電が可能になります。
Quach チームは 2022 年に初めて超吸収効果を雑誌で実証し、その論文は 345 回以上引用されました。
2026 年 3 月、チームはさらに一歩進んで、量子電池のプロトタイプから電流を取り出すことに成功しました。最新の実験は、量子電池からエネルギーを迅速に吸収および抽出する実現可能性をさらに実証しています。
しかし、量子電池と実用化の間には依然として大きなギャップがあります。
現在のプロトタイプは、約数十億電子ボルトという非常に少量のエネルギーしか蓄積できず、エネルギー保持時間はわずかナノ秒 (10 マイナス 9 秒) であり、充電時間よりも約 6 桁長いです。
比較のために、携帯電話のバッテリーに蓄えられるエネルギーは約数万ジュールであり、10 桁以上の差があります。
ジェノヴァ大学物理学准教授のダリオ・フェラーロ氏はインタビューで、
量子電池の目標は電池のエネルギー貯蔵量を大幅に増やすことではなく、エネルギー伝達の速度と精度を向上させることであると語った。量子電池の主な魅力は、リチウム電池と容量を競合するのではなく、極めて高速な充電と正確なエネルギー供給の可能性です。
Quach 氏は、チームが現在の制限を打破するためにハイブリッド設計を構築したことを明らかにしました。この設計では、急速充電には量子コンポーネントを、長期エネルギー貯蔵には古典的な材料層を使用し、量子効果による速度の利点と従来のエネルギー貯蔵の耐久性を考慮しようとしています。関連論文は準備中です。
量子電池は短期的には携帯電話、ラップトップ、電気自動車に搭載されないと報告されています。しかし、その高速エネルギー転送機能は、量子コンピュータの量子ビットに正確なエネルギーを供給するなど、量子ハードウェアやその他の特殊なシステムで将来的に応用される可能性があります。
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