量子電池はレーザーで1000兆分の1秒で充電される：大型のプロトタイプはわずか1分間の充電で何年も使用できる可能性がある
研究者らは世界初の小型の概念実証用量子電池を開発した。この技術が再現できれば、エネルギー貯蔵の分野を永遠に変革し、軽量で遠隔地からの電化の新たな可能性が開かれる可能性がある、と専門家らは言う。
研究チームは、量子電池の設計について、3月13日に学術誌に掲載された研究で説明した。 光: 科学と応用。長期のバッテリー保管だけでなく、大型電気自動車などの高密度バッテリー用途にも使用できるという。
標準的なリチウムイオン (Li-ion) バッテリーでは、 イオンはカソードとアノードの間を移動します 電解質を通して。しかし、量子電池の内部では、エネルギーはコヒーレント分子、つまり振動エネルギーや電子状態などの非ランダムな内部状態を共有する分子間の電磁励起として保存されます。これにより、相互に固定された関係を維持することができます。
量子電池は、次のような奇妙な法則に依存しています。 量子力学。この場合、研究者らは量子コヒーレンス、つまり局所的な粒子の塊が一度に複数の状態で存在する効果に依存しました。これらの粒子は、状態の「重ね合わせ」にありますが、互いに予測可能な方法で作用します。バッテリーに集められた凝集粒子はダメージを受けます 量子もつれこれは、単に相互に調整されているのではなく、機能的に同等であり、より大きなシステムを形成していることを意味します。
これにより、サイズに関係なく、バッテリー内のすべての分子が一定の速度で充電されるようになります。関与する分子が増えるほど、システム全体でより効率的にエネルギーが吸収されるため、バッテリーのサイズが大きくなるにつれて実質的に充電時間が短縮されます。
「従来の電池と同様に、量子電池はエネルギーを充電、貯蔵、放出します」とハッチンソン氏は声明で説明した。 「しかし、日常的なバッテリーは化学反応に依存していますが、量子バッテリーは量子力学の特性を利用しています。量子の利点は、システムが単一の巨大な『超吸収』イベントで光を吸収することであり、これによりバッテリーがより速く充電されることです。」
量子電池の構成
バッテリーを構築するために、研究者らは次のものに依存しました。 量子光学におけるディッケのモデルこれは、光と物質が設定値を超えて結合すると、超放射状態になる可能性があり、エミッターのグループが短くて強いパルスで集合的に光を放射することを示しています。
実際には、バッテリーは銀の鏡の間に挟まれた有機半導体の一連の層（結合が発生する部分）で構成され、光を小さな体積に閉じ込めて複数回反射させる微視的な構造であるマイクロキャビティを作り出します。
これにより、コヒーレントな分子または原子のグループが、量子電池の放電に必要な機能である統一されたパルスで光を放出するだけでなく、コヒーレントな分子の二乗に等しい速度で光を吸収することが可能になります。これは超吸収として知られています。マイクロキャビティは、ディッケモデルで確立された光と物質との間の確立された関係を達成するための適切な閉じ込め環境を提供するため、結合と超吸収に不可欠です。
有機半導体の下と上にある正孔阻止層と電子輸送層により、必要に応じて電子がカソードと電極に流れることができるため、システムが真に電池として機能できます。
メルボルン大学の超高速・顕微分光研究所でのテストでは、研究者らは帯域幅31ナノメートル/フェムト秒（1京分の1秒）のレーザーパルスを発射し、これにより分子内に数十ナノ秒（1億分の数秒）の間励起状態が誘発された。
これは、バッテリーが充電にかかる時間の 100 万倍長く充電を保持できることを意味します。
この規模では、充電に1分かかったバッテリーは「数年間」充電し続けることができると最初の研究者は述べた ジェームス・クアックオーストラリアの国立科学機関であるCSIROの科学リーダーはこう語った。 ガーディアン。
研究者らは将来的には、充電を維持できるようにバッテリーを拡張することを目指している。量子電池に蓄えられたエネルギーは環境ノイズの影響を受けやすく、デコヒーレンスとして知られるプロセスで量子の挙動を混乱させたり排除したりする可能性があるため、これは根本的な障害となります。
このハードルを克服できれば、実用的な量子電池の意義は非常に大きくなる可能性があります。たとえば、レーザーを使用した遠隔充電は、ドローンや航空機のバッテリーを空中で充電できるため、より多くの機会を開く可能性があります。
アンドレス・ブランコクイーンズランド大学の量子技術研究所の所長である同氏はガーディアン紙に対し、初期の応用により非常に低いエネルギーコストで量子コンピュータに電力を供給できる可能性があると語った。
Hymas, K.、Muir, JB、Tibben, D.、Van Embden, J.、Hirai, T.、Dunn, CJ、Gomez, DE、Hutchison, JA、Smith, TA、およびQuach, JQ (2026)。量子電池からの超大電力。 光の科学と応用、 15(1)。 https://doi.org/10.1038/s41377-026-02240-6
