Eine Batterie, die die klassische Physik trotzt
In der klassischen Physik erfordert das gleichzeitige Laden mehrerer Batterien entweder mehr Leistung oder mehr Zeit — die Beziehung zwischen Laderate, Anzahl der Zellen und Energieeingabe ist linear und unvermeidlich. Die Quantenmechanik bietet eine andere Möglichkeit: Systeme, in denen Quantenkoherenzen und Verschränkung es ermöglichen, Energie kollektiv über mehrere Einheiten hinweg zu speichern, auf Weise, die das Ganze effizienter macht als die Summe seiner Teile. Ein neuer Prototyp, gebaut von australischen Forschern, hat diesen Quantumvorteil erstmals in einem echten Gerät demonstriert.
Das Team aus der University of Melbourne, RMIT University und CSIRO — Australiens nationale Wissenschaftsbehörde — konstruierte eine Quantumbatterie mit organischen Halbleitermaterialien, die quantenkoherente Energiespeicherung bei Raumtemperatur unterstützen. In Tests beobachteten sie, dass die Laderate des Geräts zunahm, je mehr Einheiten zum System hinzugefügt wurden, ein Phänomen, das als Quantum-Ladevorteil bekannt ist, das theoretische Physiker vorhergesagt hatten, aber nie zuvor in einem physischen Prototyp beobachtet worden war.
Der Quantum-Ladevorteil erklärt
In einer herkömmlichen Batterie laden einzelne elektrochemische Zellen unabhängig voneinander. Das Hinzufügen von mehr Zellen zu einem System erfordert proportional mehr Energieeingabe und Zeit, da der Ladevorgang nicht von Wechselwirkungen zwischen Zellen profitiert — jede Zelle verrichtet ihre Arbeit isoliert. Die gesamte Ladezeit skaliert linear mit der Anzahl der Zellen bei einer gegebenen Leistung.
Eine Quantumbatterie nutzt Quantenmechanische Eigenschaften — insbesondere Superposition und Verschränkung — um Zellen kollektiv statt unabhängig zu laden. Wenn sich Zellen während des Ladevorgangs in einer Quantumsuperposition befinden, kann Energie über das gesamte System gleichzeitig statt sequenziell verteilt werden. Da das System größer wird und mehr Verschränkungskanäle verfügbar werden, verbessert sich die Effizienz dieses kollektiven Ladevorgangs tatsächlich. Das Ergebnis ist, dass eine größere Quantumbatterie bei gleicher Leistungseingabe pro Zelle schneller lädt als eine kleinere — das Gegenteil von dem, was klassische Physik vorhersagt.
