Les batteries quantiques brisent la causalité
Une nouvelle méthode de chargement des batteries exploite le pouvoir de l'"ordre causal indéfini"
Les batteries qui exploitent les phénomènes quantiques pour obtenir, distribuer et stocker de l'énergie promettent de surpasser les capacités et l'utilité des batteries chimiques conventionnelles dans certaines applications de faible puissance. Pour la première fois, des chercheurs, dont ceux de l'université de Tokyo, tirent parti d'un processus quantique non intuitif qui ne tient pas compte de la notion conventionnelle de causalité pour améliorer les performances de ce que l'on appelle les piles quantiques, rapprochant ainsi un peu plus cette technologie d'avenir de la réalité.
Lorsque vous entendez le mot "quantique", la physique qui régit le monde subatomique, les développements en matière d'ordinateurs quantiques ont tendance à faire les gros titres, mais il existe d'autres technologies quantiques à venir qui valent la peine d'être étudiées. L'une d'entre elles est la batterie quantique qui, bien que son nom laisse perplexe, recèle un potentiel inexploré en matière de solutions énergétiques durables et d'intégration possible dans les futurs véhicules électriques. Néanmoins, ces nouveaux dispositifs sont prêts à être utilisés dans diverses applications portables et de faible puissance, en particulier lorsque les possibilités de recharge sont rares.
À l'heure actuelle, les batteries quantiques n'existent que sous la forme d'expériences de laboratoire, et des chercheurs du monde entier travaillent sur les différents aspects qui, on l'espère, seront un jour combinés en une application pratique et pleinement fonctionnelle. L'étudiant diplômé Yuanbo Chen et le professeur associé Yoshihiko Hasegawa du département d'ingénierie de l'information et de la communication de l'université de Tokyo étudient la meilleure façon de charger une batterie quantique, et c'est là que le temps entre en jeu. L'un des avantages des batteries quantiques est qu'elles devraient être incroyablement efficaces, mais cela dépend de la façon dont elles sont chargées.
"Les batteries actuelles pour les appareils de faible puissance, tels que les smartphones ou les capteurs, utilisent généralement des produits chimiques tels que le lithium pour stocker la charge, alors qu'une batterie quantique utilise des particules microscopiques telles que des réseaux d'atomes", explique M. Chen. "Alors que les batteries chimiques sont régies par les lois classiques de la physique, les particules microscopiques sont de nature quantique. Nous avons donc la possibilité d'explorer des façons de les utiliser qui déforment, voire brisent, nos notions intuitives de ce qui se passe à petite échelle. Je m'intéresse particulièrement à la manière dont les particules quantiques peuvent violer l'une de nos expériences les plus fondamentales, celle du temps".
En collaboration avec le chercheur Gaoyan Zhu et le professeur Peng Xue du Beijing Computational Science Research Center, l'équipe a expérimenté des moyens de charger une batterie quantique à l'aide d'appareils optiques tels que des lasers, des lentilles et des miroirs, mais la manière dont ils y sont parvenus nécessite un effet quantique dans lequel les événements ne sont pas liés de manière causale comme c'est le cas dans la vie de tous les jours. Les méthodes précédentes pour charger une batterie quantique impliquaient une série d'étapes de chargement l'une après l'autre. Mais ici, l'équipe a utilisé un nouvel effet quantique qu'elle a appelé "ordre causal indéfini" ou ICO (indefinite causal order). Dans le domaine classique, la causalité suit un chemin clair, ce qui signifie que si un événement A entraîne un événement B, la possibilité que B soit à l'origine de A est exclue. Toutefois, à l'échelle quantique, l'ICO permet aux deux sens de causalité d'exister dans ce que l'on appelle une superposition quantique, où les deux peuvent être vrais simultanément.
"Avec l'ICO, nous avons démontré que la façon dont vous chargez une batterie composée de particules quantiques peut avoir un impact considérable sur ses performances", a déclaré M. Chen. "Nous avons constaté des gains considérables en termes d'énergie stockée dans le système et d'efficacité thermique. Et de manière quelque peu contre-intuitive, nous avons découvert l'effet surprenant d'une interaction qui est l'inverse de ce à quoi on pourrait s'attendre : Un chargeur de faible puissance peut fournir des énergies plus élevées avec une plus grande efficacité qu'un chargeur de puissance comparable plus élevée utilisant le même appareil".
Le phénomène de l'ICO étudié par l'équipe pourrait trouver des applications au-delà de la recharge d'une nouvelle génération d'appareils de faible puissance. Les principes sous-jacents, y compris l'effet d'interaction inverse découvert ici, pourraient améliorer les performances d'autres tâches relevant de la thermodynamique ou de processus impliquant un transfert de chaleur. Un exemple prometteur est celui des panneaux solaires, où les effets de la chaleur peuvent réduire leur efficacité, mais l'ICO pourrait être utilisé pour atténuer ces effets et conduire à des gains d'efficacité.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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