De geïntegreerde schakelingen in al onze elektronische apparaten, zonnepanelen, magnetische resonantiemachines, lasers of atoomklokken waarmee mensen de tijd met ongekende precisie kunnen meten, zouden niet mogelijk zijn zonder de kennis die de moderne kwantumtheorie ons heeft gegeven. En zonder dit model zouden we natuurlijk ook geen kwantumcomputers hebben. Objectief gezien, en dit is zeker niet overdreven, is kwantumfysica aanwezig in veel van de moderne technologie.
De afgelopen vijf jaar hebben verschillende onderzoeksgroepen, zoals de PSL Research University(Université de Recherche Paris Sciences et Lettres), gevestigd in Parijs (Frankrijk), of de Universiteit van Pisa in Italië, geprobeerd om de basisprincipes van de kwantummechanica te gebruiken om een nieuwe generatie batterijen te ontwikkelen. En de resultaten komen langzaam binnen. Dit is hun uitgangspunt: ze willen superpositie, verstrengeling en superabsorptie gebruiken om de beperkingen van elektrochemische batterijen te doorbreken.
Kwantumenergieopslag is een ideaal dat steeds dichterbij komt
Het belangrijkste verschil tussen kwantumbatterijen en conventionele elektrochemische batterijen is dat de laatste afhankelijk zijn van chemische reacties, terwijl kwantumapparaten energie willen opslaan in de kwantumtoestanden van deeltjes zoals fotonen. Het klinkt ingewikkeld, en dat is het ook, maar wat echt belangrijk is voor gebruikers, is dat kwantumbatterijen op papier bijna onmiddellijk kunnen worden opgeladen, een veel hogere energiedichtheid hebben en een minimale degradatie vertonen tijdens oplaadcycli.
Dat klinkt geweldig. Het klinkt zelfs als science fiction. Het is echter heel belangrijk dat we, zoals we zojuist hebben gezien, niet over het hoofd zien dat hun werkingsprincipe, als ze uiteindelijk worden gerealiseerd, heel anders zal zijn dan dat van conventionele elektrochemische batterijen. Bestaande theoretische voorstellen beweren dat kwantumbatterijen in staat zullen zijn om energie op te slaan in een superpositie van meerdere energietoestanden tegelijk, waardoor ze een veel hogere energiedichtheid zouden moeten kunnen leveren.
Bovendien zullen ze theoretisch veel sneller opladen, zelfs bijna onmiddellijk, door de collectieve kwantumeffecten van de kwantumeenheden waaruit ze bestaan. Het verbazingwekkende op dit gebied is dat hoe hoger de capaciteit van de kwantumbatterij is, hoe sneller hij oplaadt. Dit is geen intuïtieve eigenschap, dat is waar, maar het is mogelijk precies vanwege de collectieve kwantumeffecten waar ik het zojuist over had. Dit is echter niet alles. Op papier zal de degradatie die deze batterijen zullen ondervinden tijdens de energieoverdracht minimaal zijn, dus hun levensduur zal veel langer zijn dan die van conventionele batterijen. Misschien zelfs bijna eeuwig, vergeleken met de levensduur van mensen.
Tot nu toe was al het werk van onderzoekers op dit gebied gecondenseerd in puur theoretische modellen, maar daar is nu verandering in gekomen. Verschillende wetenschappers van de universiteiten die ik in de tweede alinea van deze tekst noemde, hebben een zeer interessant artikel gepubliceerd waarin ze voorstellen doen om een kwantumbatterij te maken. Hun idee is om supergeleidende circuits te gebruiken die zijn gemaakt van materialen die bij lage temperaturen in wezen nul weerstand vertonen. Ze hebben nog niets gemaakt, dus het moeilijkste werk, het experimentele werk, moet duidelijk nog gedaan worden. Maar het lijdt geen twijfel dat dit voorstel ons uitnodigt om de toekomst van kwantumbatterijen met redelijk optimisme tegemoet te zien.
