Am 20. Juli kam Dr. James Quach, ein Experte für Quantenphysik, als Gastwissenschaftler an die University of Adelaide in Australien, um die praktische Anwendung von Quantenbatterien zu fördern.

Dr. Quark ist Absolvent der University of Melbourne und arbeitete als Forscher an der University of Tokyo bzw. der University of Melbourne. Die Quantenbatterie ist eine theoretisch Superbatterie mit sofortiger Ladefähigkeit. Dieses Konzept wurde erstmals 2013 vorgeschlagen.

Studien haben gezeigt, dass verschränkte Quanten beim Ladevorgang im Vergleich zu nicht verschränkten Quanten eine kürzere Strecke zwischen dem niederenergetischen Zustand und dem hochenergetischen Zustand zurücklegen. Je mehr Qubits, desto stärker die Verschränkung und desto schneller erfolgt der Ladevorgang aufgrund der auftretenden „Quantenbeschleunigung“. Unter der Annahme, dass 1 Qubit zum Aufladen 1 Stunde benötigt, benötigen 6 Qubits nur 10 Minuten.

„Wenn es 10,000 Qubits gibt, kann es in weniger als einer Sekunde vollständig aufgeladen werden“, sagte Dr. Quark.

Die Quantenphysik untersucht die Bewegungsgesetze auf atomarer und molekularer Ebene, daher kann die gewöhnliche Physik die Gesetze der Teilchenbewegung auf Quantenebene nicht erklären. Die „abnormal“ klingende Quantenbatterie hängt von der speziellen zu realisierenden „Verschränkung“ des Quantens ab.

Quantenverschränkung bezieht sich auf die Tatsache, dass nach der Verwendung mehrerer Teilchen füreinander, da die Eigenschaften jedes Teilchens in die Gesamtnatur integriert wurden, es unmöglich ist, die Natur jedes Teilchens einzeln zu beschreiben, sondern nur die Natur des Gesamtsystems.

„Durch die (Quanten-)Verschränkung ist es möglich, den Batterieladeprozess zu beschleunigen.“ sagte Dr. Quark.

Bei der praktischen Anwendung von Quantenbatterien gibt es jedoch noch zwei bekannte ungelöste Probleme: Quantendekohärenz und Low-Power-Storage.

Die Quantenverschränkung stellt extrem hohe Anforderungen an die Umgebung, dh an niedrige Temperaturen und isolierte Systeme. Ein typisches Quantensystem ist kein isoliertes System, und es ist unmöglich, einen Quantenzustand so lange aufrechtzuerhalten. Solange sich diese Bedingungen ändern, werden das Quant und die äußere Umgebung genutzt und die Quantenkohärenz wird abgeschwächt, also der „Dekohärenz“-Effekt, und die Quantenverschränkung verschwindet.

Zur Energiespeicherung von Quantenbatterien sagte der italienische Physiker John Gould 2015: „Die Energiespeicherung von Quantensystemen ist um mehrere Größenordnungen kleiner als die von alltäglichen elektrischen Geräten. Wir haben gerade theoretisch bewiesen, dass es sich um ein System handelt. Wenn es um Energie geht, kann die Quantenphysik Beschleunigung bringen.“

Auch wenn es noch Probleme zu lösen gibt, ist Dr. Quark von der praktischen Anwendung von Quantenbatterien überzeugt. Er sagte: „Die meisten Physiker sollten genauso denken wie ich, weil sie denken, dass Quantenbatterien eine Anwendungstechnologie sind, die wir ‚mit einem Sprung‘ bekommen.“

Dr. Quarks erstes Ziel ist es, die Theorie der Quantenbatterien zu erweitern, eine Umgebung zu schaffen, die der Quantenverschränkung im Labor förderlich ist, und die erste Quantenbatterie zu schaffen.

Nach erfolgreicher Einführung in die Praxis werden Quantenbatterien herkömmliche Batterien ersetzen, die in kleinen elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen verwendet werden. Wenn eine Quantenbatterie mit einer ausreichend großen Kapazität hergestellt werden kann, kann sie Großgeräten dienen, die mit erneuerbarer Energie betrieben werden, wie beispielsweise New Energy Vehicles.