世界初の量子バッテリーは、より大きくなるとより速く充電されますが、それは非常に小さく、数ナノ秒しか持ちません

（MENAFN- The Conversation）あなたは重要な約束に遅れています。家を出たとき、あなたは携帯電話のバッテリーが切れていることに気づきました。

量子物理の奇妙なルールを利用して、ほぼ瞬時に充電できるとしたらどうでしょうか。それが量子バッテリーの約束です。

私とCSIROの同僚たちは、世界初の量子バッテリープロトタイプを開発しました。そして、その技術の進展は驚くべきものです。

集団量子効果

超位置やエンタングルメントといった奇妙な量子効果について聞いたことがあるかもしれません。これらは非常に小さな物体が非常に奇妙に振る舞うことを可能にします。また、量子コンピュータが従来のコンピュータでは解決できない問題を解くことも可能にします。

量子世界の奇妙な特徴の一つに「集団効果」と呼ばれるものがあります。これが量子バッテリーの独特な性質を生み出しています。

適切な条件下では、量子バッテリーの蓄電ユニットは個別に動作するのではなく、集団として振る舞います。直感に反しますが、これによりユニットは一緒に充電される方が、単独で充電されるよりも速く充電されるのです。

あなたの量子バッテリーにN個の蓄電ユニットがあり、それぞれが1秒で充電完了するとします。集団効果により、すべてのユニットを同時に充電した場合、各ユニットの充電時間は1∕√N秒だけになります。

つまり、量子バッテリーが大きくなるほど、充電にかかる時間は短くなるのです。サイズが倍になれば、充電時間はほぼ半分になります。

まるで各ユニットが周囲に他のユニットがあることを知っていて、その存在が充電を速めているかのようです。奇妙ですね？

これは従来のバッテリーとは根本的に異なります。従来のバッテリーは大きくなるほど充電に時間がかかるのが普通です。だからこそ、携帯電話の充電に1時間かかる一方、電気自動車は一晩かかるのです。

量子バッテリーの構築

量子バッテリーのアイデアは長い間、理論的な好奇心に過ぎませんでした。しかし、2018年に私は実際に作ることができることを示すことを目指しました。

2022年には、英国やイタリアの同僚と協力して、有機マイクロキャビティを用いた量子バッテリープロトタイプを作成しました。これは、光を特定の方法で閉じ込める複雑な多層サンドイッチのような構造です。

そして、初めて大きな量子バッテリーが実際に充電時間を短縮できるというエキゾチックな挙動を示すことに成功しました。

実際、私たちは充電時間がNの分子数の平方根の逆数に比例して短縮することを証明しました。分子を増やすほど、バッテリーの充電速度は速くなるのです。これは理論通りの結果でした。

この最初のプロトタイプには、エネルギーを取り出す方法がありませんでした。そこで、最新の研究（Light: Science & Applications誌に掲載）では、エネルギーを電流に変換する追加層を装置に組み込みました。これが実用的な量子バッテリーへの大きな一歩です。

まだ改善の余地あり

では、なぜ私たちは量子バッテリーを店頭で見かけないのでしょうか。理由は、量子バッテリーの容量がまだ非常に小さく（数十億電子ボルト）、保持できる時間も非常に短いためです（数ナノ秒）。つまり、現時点では従来のデバイス（携帯電話など）を動かすには小さすぎるのです。

しかし、量子バッテリーは量子コンピュータのような量子デバイスの電源としては理想的かもしれません。実際、量子バッテリーは、より大きなスケールで動作し、実用的になるために必要な解決策となる可能性があります。

私たちはまだ実用的な量子バッテリーを持っていませんが、プロトタイプの規模を拡大し、充電持続時間を延ばす方法に取り組んでいます。量子バッテリーの優れた充電速度と古典的バッテリーの長時間保持を兼ね備えたハイブリッド設計を目指しています。

私たちの進歩は、過去の量子科学者たちが積み重ねてきた理論的研究の成果の証です。

最初のプロトタイプのバッテリー充電はナノ秒の持続でした。ライト兄弟の最初の飛行もわずか長かっただけです。進歩には時間がかかりますが、量子バッテリーは確実に私たちの未来にあります。