Исследователи из Центра квантовых вычислений RIKEN и Хуачжунского университета науки и технологий показали, как можно создать эффективную «топологическую квантовую батарею» — устройство, использующее особые свойства фотонных волноводов и квантовые эффекты атомов.

Работа, опубликованная в Physical Review Letters, открывает перспективы для накопителей энергии, оптической квантовой связи и распределенных вычислений.

Сейчас, когда мир ищет экологичные технологии, разработка новых систем хранения энергии становится ключевой задачей. Квантовые батареи — гипотетические миниатюрные устройства, работающие не на химических реакциях, а на квантовых эффектах, таких как суперпозиция и запутанность.

В теории они могут превзойти обычные аккумуляторы по скорости зарядки, емкости и эффективности.

Но на практике квантовые батареи пока не созданы. Основные проблемы — потери энергии и декогеренция (разрушение квантовых состояний из-за внешних воздействий). Например, в фотонных системах с обычными волноводами энергия рассеивается, а помехи и шумы ухудшают работу.

Ученые предложили решение: использовать топологические свойства материалов, которые не меняются при деформациях. Это позволяет:

• Передавать энергию на большие расстояния почти без потерь.
• Защитить систему от декогеренции в определенных условиях.

Неожиданно оказалось, что диссипация (рассеивание энергии), обычно вредящая батареям, может временно усиливать мощность зарядки.

Наше исследование приближает создание микроскопических накопителей энергии, — говорит Чжи-Гуан Лу, первый автор работы. — Мы преодолеваем ограничения, связанные с передачей энергии и потерями.

Следующий шаг — переход от теории к практике, — добавляет Шан Чэн, руководитель группы.

Этот прорыв важен по трем причинам:

1. Энергоэффективность — топологические свойства минимизируют потери, что критично для компактных устройств.
2. Устойчивость к помехам — система меньше зависит от внешних шумов, что упрощает применение в реальных условиях.
3. Новые физические эффекты — использование диссипации для ускорения зарядки меняет представление о работе квантовых систем.

Такие батареи могли бы питать нанороботов, квантовые компьютеры или импланты в медицине.

Главный вопрос — как стабилизировать квантовые состояния при комнатной температуре. Большинство подобных систем работают лишь в идеальных лабораторных условиях (сверхнизкие температуры, вакуум). Пока неясно, удастся ли масштабировать технологию без потери эффективности.

Ранее ученые показали самосборные квантовые точки.