Квантовая батарея с мгновенной зарядкой и кратким хранением 14.09.2026

Аккумуляторы постепенно совершенствуются, однако между скоростью зарядки и способностью долго хранить энергию по-прежнему существует заметный компромисс. Исследователи, работающие в области квантовой физики, ищут принципиально иные способы накопления энергии. Одно из таких направлений связано с квантовыми батареями, использующими необычные свойства света и материи. Новый прототип продемонстрировал впечатляющую скорость зарядки, хотя до полноценного практического устройства ему еще далеко.

Разработанная специалистами система способна получать энергию за фемтосекунды - квадриллионные доли секунды. Для сравнения, одна фемтосекунда составляет 10^-15 секунды. После завершения зарядки прототип удерживает накопленную энергию в течение наносекунд, то есть миллиардных долей секунды. Это примерно в миллион раз дольше самой зарядки. Однако столь эффектные показатели времени пока не означают, что устройство способно заменить обычный аккумулятор: запас энергии остается крайне небольшим.

В основе экспериментальной батареи находится оптическая микрополость, образованная двумя зеркалами, расположенными примерно в 100 нанометрах друг от друга. Пространство между отражающими поверхностями заполнено молекулами органического красителя. Когда лазер направляет свет внутрь этой конструкции, электромагнитное поле начинает интенсивно взаимодействовать с молекулами. В результате формируются гибридные квантовые состояния, объединяющие свойства света и вещества.

Необычность технологии заключается в том, что молекулы поглощают энергию не независимо, а коллективно. Такое поведение связано с явлением, которое физики называют суперпоглощением. При определенных условиях согласованное взаимодействие множества молекул позволяет системе поглощать свет значительно эффективнее, чем совокупности отдельных независимых частиц. Именно этот механизм лежит в основе исключительно быстрой зарядки прототипа. При этом речь идет о квантовом физическом процессе, а не о привычном химическом накоплении энергии в литий-ионном аккумуляторе.

Команда Куача впервые продемонстрировала суперпоглощение еще в 2022 году. В новом эксперименте исследователям удалось сделать следующий шаг: не только быстро зарядить систему, но и извлечь из нее электрический ток. Это важное достижение, поскольку оно показывает возможность преобразования накопленной энергии в электрическую форму. Вместе с тем величина полученного тока пока остается небольшой, поэтому говорить о готовой технологии энергоснабжения преждевременно.

Главное препятствие для практического применения - ничтожный запас энергии. По приведенным данным, прототип накапливает всего несколько миллиардов электронвольтов и удерживает заряд в течение очень короткого времени. Электронвольт является единицей энергии, используемой преимущественно в физике элементарных частиц и квантовых системах. Для создания полезного источника питания специалистам предстоит значительно увеличить энергоемкость, продлить срок хранения заряда и разработать способ его контролируемой передачи подключенному устройству.

Разработчики уже рассматривают гибридную архитектуру, в которой квантовые компоненты будут отвечать за сверхбыструю зарядку, а классические слои - за более продолжительное хранение энергии. Еще одно направление работы связано с объединением множества микроскопических батарей в более крупные системы. Важным преимуществом оптической конструкции остается возможность функционировать при комнатной температуре. Некоторые другие варианты квантовых батарей используют сверхпроводящие материалы, которым необходимы температуры ниже -150 °C. Однако даже в более удобной оптической системе эффективное извлечение энергии пока представляет серьезную научную задачу.