Batterie quantique, la promesse d’une autonomie illimitée ?

Des chercheurs japonais et chinois étudient une approche basée sur le principe de superposition dans l’objectif de développer une batterie quantique maintes fois plus performante que les batteries chimiques actuelles.

Le stockage d’énergie est un secteur en plein développement aujourd’hui grâce à l’électrification des moyens de transport et à la croissance des industries de l’électronique et de l’énergie renouvelable. La plupart des batteries actuellement utilisées se servent des substances chimiques telles que le lithium pour stocker de l’électricité. Leur fonctionnement repose sur un processus chimique pendant lequel des ions chargés circulent dans un liquide conducteur entre la cathode et l’anode pour se charger ou se décharger. En revanche, les batteries quantiques théoriques exploitent les interactions au sein de réseaux d’atomes. Elles sont régies par les lois de la physique quantique.

Toutefois, leur efficacité pourrait varier en fonction de la manière dont on charge ces batteries. Dans des études antérieures, des chercheurs avaient notamment réalisé des séries de charges par étape durant lesquelles les accumulateurs se rechargeaient les uns après les autres. Mais cela ne permettait pas d’exploiter leurs performances optimales. C’est pour cela qu’une équipe de physiciens a récemment testé de nouvelles façons de stocker l’énergie dans des appareils mobiles en se basant sur la superposition, un phénomène quantique qui défie le temps et la causalité. Décryptage.

Illustration de trois scénarios. (a) Scénarios DCO, dans lesquels deux chargeurs sont disposés séquentiellement. (b) Chargement ICO qui enchevêtre deux ordres causals, permettant des opérations sur une batterie quantique d'être dans une superposition quantique. (c) Protocole NUCC basé sur le contrôle cohérent du chemin emprunté par une batterie, obtenant ainsi l'effet d'effectuer une charge.
Illustration de trois scénarios. (a) Scénario DCO, dans lesquels deux chargeurs sont disposés séquentiellement. (b) Chargement ICO qui enchevêtre deux ordres causals, permettant des opérations sur une batterie quantique d’être dans une superposition quantique. (c) Protocole NUCC basé sur le contrôle cohérent du chemin emprunté par une batterie, obtenant ainsi l’effet d’effectuer une charge. Crédit photo : Zhu et al., Physical Review Letters

Une idée d’appliquer des étapes de charge simultanées

Yuanbo Chen de l’Université de Tokyo a collaboré avec le physicien Gaoyan Zhu du Beijing Computational Science Research Centre à la China Academy of Engineering Physics pour mener cette étude sur la batterie quantique. Ils travaillent sur l’idée de mettre au point une batterie quantique pouvant tirer parti des étapes de charge simultanées, qui amélioreraient le stockage de l’énergie et l’efficacité thermique. Contrairement aux chercheurs qui ont seulement théorisé leur idée, cette équipe de recherche a déjà testé son concept de façon expérimentale sur un dispositif composé de lasers, de lentilles et de miroirs espacés.

Un processus de recharge basé sur la superposition

Plus concrètement, cette nouvelle approche de Gaoyan Zhu et de Yuanbo Chen s’appuie sur la superposition quantique, un principe selon lequel les particules microscopiques existent dans un nombre infini d’états possibles jusqu’à l’instant où elles sont mesurées. Ce phénomène défie l’ordre naturel du temps, selon une étude récente effectuée par des scientifiques australiens. En effet, les évènements qui se passent dans notre vie quotidienne suivent les lois de la physique classique. Ils se produisent seulement de manière linéaire : « un évènement A avant un évènement B ». Par exemple, lorsque l’interrupteur est actionné, la lampe s’allume.

Schéma de la configuration expérimentale, illustrant des photons uniques produits par le processus de conversion paramétrique spontanée (SPDC). Une structure d'interféromètre Mach-Zehnder réalise un QS, permettant le processus de charge ICO. Les mesures de projection sont réalisées via une combinaison de QWP-HWP-PBS. Séparateur de faisceau (BS), lame demi-onde (HWP), plaque quart d'onde (QWP), déplaceur de faisceau (BD), séparateur de faisceau de polarisation (PBS), b -borate de baryum (BBO), filtre interférentiel (IF), photodiode à avalanche (APD).
Schéma de la configuration expérimentale, illustrant des photons uniques produits par le processus de conversion paramétrique spontanée (SPDC). Une structure d’interféromètre Mach-Zehnder réalise un QS, permettant le processus de charge ICO. Les mesures de projection sont réalisées via une combinaison de QWP-HWP-PBS. Séparateur de faisceau (BS), lame demi-onde (HWP), plaque quart d’onde (QWP), déplaceur de faisceau (BD), séparateur de faisceau de polarisation (PBS), borate de baryum (BBO), filtre interférentiel (IF), photodiode à avalanche (APD). Crédit photo : Zhu et al., Physical Review Letters

En revanche, cet ordre causal linéaire s’efface dans le domaine quantique, car des évènements peuvent se dérouler simultanément le long de deux voies parallèles grâce à la superposition. Cela perturberait le temps, car un évènement qui en suit un autre pourrait aussi modifier le résultat de cet évènement comme s’il l’avait précédé. Les deux ordres d’évènements « A avant B » et « B avant A » sont simultanément vrais, selon les chercheurs. L’équipe de recherche a appliqué ce principe de superposition au stockage de l’énergie. En utilisant un interrupteur quantique, en testant diverses configurations de chargeurs et en développant un système capable de recevoir et de stocker de l’énergie provenant simultanément de deux chargeurs différents.

La recharge et le stockage d'énergie risquent d'être révolutionnés avec la physique quantique.
La recharge et le stockage d’énergie risquent d’être révolutionnés avec la physique quantique. Photo d’illustration non contractuelle. Crédit : Shutterstock

Des résultats d’expérience encourageants

D’après Yuanbo Chen, son équipe de recherche a démontré que la méthode utilisée pour charger une batterie composée de particules quantiques peut influencer significativement ses performances. Elle a constaté d’importantes améliorations sur sa capacité de stockage d’énergie et son efficacité thermique. Par ailleurs, elle a précisé la présence d’un effet contre-intuitif. Selon elle, le chargeur relativement moins puissant a permis de recharger la batterie avec plus d’énergie et d’atteindre un rendement plus élevé.

Les résultats de cette expérience sont prometteurs, mais il faut encore des années de recherche pour parvenir à les appliquer dans la pratique et à créer une batterie quantique fonctionnelle. Néanmoins, cette technologie de stockage d’énergie du futur pourrait révolutionner les secteurs de l’électronique portable, des véhicules électriques, etc. Plus d’informations : Sciencealert.com. Que pensez-vous de ces travaux de recherche ? Nous vous invitons à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .

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Source
sciencealert.com

Tsiory Laurence

Titulaire de licence en communication et en langue française, je travaille comme rédactrice web depuis déjà plus de dix ans. J'ai collaboré avec quelques agences de communication locales avant de rejoindre l'équipe de Neozone. Ce qui m'a permis de consolider mon expérience en matière de création de contenus web au fil du temps. J’accorde une grande attention à chaque article que j’écris. Mon objectif, c'est de vous fournir des informations, des solutions et éventuellement des conseils. Je peux traiter divers thèmes, mais mes sujets préférés sont l’innovation, la technologie, le voyage, l’immobilier et les actualités. J’espère que mes articles vous permettront de connaître des inventeurs et des entreprises novatrices en France, en Europe et dans le monde entier. « La vie est une grande école où à chaque instant l’homme s’enrichit et tire une leçon de ses propres expériences ». Cette citation de Maude Anssens m’inspire dans tout ce que j’entreprends au quotidien. J’aime aussi suivre les actualités politiques et économiques internationales. Je pense que donner le meilleur de soi et s’adapter aux évolutions du monde autant que possible sont des valeurs importantes qui peuvent nous aider à progresser et à rester toujours efficaces. Je suis sur Linkedin si vous voulez me faire passer un message.

Un commentaire

  1. Bonjour,
    Prenez l’exemple d’une tablette électronique.
    Un petit panneau solaire intégré, comme pour une calculatrice. Mais le panneau solaire, avec 5 seconde de soleil, alimente des micro-organismes emprisonés dans un mini-compartiment à étage. Ces micro-organismes fabriquent de l’hydrogène direct. Et alimente des condensateurs qui fournissent l’électricité pendant 12 heures.
    VOICI L’AVENIR

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