Vers des batteries quantiques se rechargeant aussi vite que de faire le plein
Malgré de vastes améliorations dans la technologie des batteries, les utilisateurs de véhicules électriques sont toujours confrontés à la de charge trop lente. Actuellement, les voitures mettent environ 10 heures pour se recharger complètement à la maison, tandis que même les superchargeurs les plus rapides des bornes de recharge nécessitent jusqu’à 20 à 40 minutes pour recharger complètement les véhicules.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont cherché des réponses dans le domaine de la physique quantique. Leur recherche a conduit à la découverte que les technologies quantiques pourraient promettre de nouveaux mécanismes pour charger les batteries à un rythme beaucoup plus rapide.
Le concept de « batterie quantique » a été proposé pour la première fois en 2012, où il a été théorisé que les ressources quantiques, telles que l’intrication, peuvent être utilisées pour accélérer considérablement le processus de charge de la batterie en chargeant toutes les cellules de la batterie simultanément de manière collective. C’est particulièrement excitant, disent les chercheurs, car les batteries modernes de grande capacité peuvent contenir de nombreuses cellules.
Une telle charge collective n’est pas possible dans les batteries classiques, où les cellules sont chargées en parallèle, indépendamment les unes des autres. L’avantage de cette charge collective par rapport à la charge parallèle peut être mesuré par le rapport appelé « avantage de charge quantique ».
Plus tard, vers 2017, on a remarqué qu’il pouvait y avoir deux sources possibles derrière cet avantage quantique : à savoir le « fonctionnement global » (dans lequel toutes les cellules parlent à toutes les autres simultanément, c’est-à-dire « toutes assises à la même table » ); et « couplage tout-à-tout », où chaque cellule peut parler à chacune des autres, mais avec une seule cellule à la fois, c’est-à-dire « de nombreuses discussions, mais chaque discussion n’a que deux participants »). Cependant, il n’est pas clair si ces deux sources sont nécessaires et s’il existe des limites à la vitesse de charge qui peut être atteinte.
Dans leur exploration de ce concept, les chercheurs ont montré que le couplage tout-à-tout n’est pas pertinent dans les batteries quantiques et que la présence d’opérations globales est le seul ingrédient de l’avantage quantique. En outre, les chercheurs affirment avoir identifié la source exacte de cet avantage tout en excluant toute autre possibilité et ont même fourni un moyen explicite de concevoir de telles batteries, et ont en outre pu quantifier avec précision la vitesse de charge pouvant être atteinte dans ce schéma.
Alors que la vitesse de charge maximale augmente de manière linéaire avec le nombre de cellules dans les batteries classiques, leur étude a montré que les batteries quantiques utilisant un fonctionnement global peuvent atteindre une mise à l’échelle quadratique de la vitesse de charge. Pour illustrer cela, disent les chercheurs, considérons un véhicule électrique typique avec une batterie qui contient environ 200 cellules. L’utilisation de cette charge quantique entraînerait une accélération de 200 fois par rapport aux batteries classiques, ce qui signifie que le temps de charge à domicile serait réduit de 10 heures à environ trois minutes. Dans les bornes de recharge à grande vitesse, le temps de charge passerait de 30 minutes à quelques secondes.
Selon les chercheurs, les conséquences peuvent être considérables et les implications de la charge quantique peuvent aller bien au-delà des voitures électriques et de l’électronique grand public. Par exemple, on pourrait trouver des utilisations clés dans les futures centrales électriques à fusion, qui nécessitent de grandes quantités d’énergie devant être chargées et déchargées en un instant.
Alors que les technologies quantiques en sont encore à leurs balbutiements et qu’il reste un long chemin à parcourir avant que ces méthodes puissent être mises en œuvre dans la pratique, on pense que les résultats de la recherche comme ceux-ci créent une direction prometteuse et peuvent inciter les agences de financement et les entreprises à investir davantage dans ces technologies. Si elles sont employées, disent les chercheurs, les batteries quantiques pourraient complètement révolutionner la façon dont nous utilisons l’énergie et nous rapprocher de notre avenir durable. Pour plus d’informations, consultez « Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations« .
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