Niet dat het een bijdrage zal leveren aan de oplaadcapaciteit van elektrische auto’s. Maar het concept van de quantumbatterij dat eerder deze maand werd gepresenteerd kan rustig een doorbraak worden genoemd. Het principe erachter is de superpositie van twee energieniveaus. Aangetoond is dat de oplaadtijd omgekeerd evenredig is met de hoeveelheid opgeslagen energie. Ofwel: hoe groter de energie, hoe sneller het laden. Dit is heel nuttig bij onder andere het draadloos opladen.
Aan het internationale onderzoek, dat is gepubliceerd in ScienceAdvances, werkten wetenschappers mee van de Universiteit van Sheffield, de University of St Andrews (Verenigd Koninkrijk), de universiteit van Adelaide (Australië) en de Heriot-Watt University (Schotland). Van Italiaanse zijde waren er het Instituut van Fotonica en Nanotechnologie (onderdeel van de nationale wetenschapsraad) en de Polytechnische universiteit van Milaan bij betrokken. Innovation Origins sprak met Giulio Cerullo (56), hoogleraar Natuurkunde aan deze Milanese universiteit.
Wat is een quantumbatterij?
Dat is voor het grote publiek een vrij nieuw concept. De quantumbatterij vormt een nieuwe vorm van energieopslag die werkt volgens de beginselen van de quantumfysica. Dat is de wetenschap die het oneindig kleine bestudeert en waar de wetten van de klassieke fysica niet altijd gelden. Centraal staat het idee dat moleculen licht absorberen bij toenemende snelheid.
Waaruit bestond het experiment?
We hebben een proefopstelling gebouwd in het gezamenlijk laboratorium van het Instituut van Fotonica en Nanotechnologie en de Polytechnische universiteit in Milaan. Het apparaat is opgebouwd uit een ‘microcavatie’ bestaande uit dunne lagen licht absorberende organische moleculen van enkele nanometers groot. Elk molecuul vertegenwoordigt een eenheid die kan bestaan in een toestand van kwantumsuperpositie van twee energieniveaus.
Superpositie zoals we dat kennen uit de quantumcomputing?
In zekere zin wel. De qubit, de basiseenheid van quantuminformatie, kan tegelijkertijd nul en één zijn. De quantumbatterij werkt doordat elk molecuul kan bestaan in een superpositie van twee energieniveaus.
Wat is de conclusie?
Dat bij de quantumbatterij, althans in proefopstelling, het oplaadvermogen sneller toeneemt door vergroting van de batterijcapaciteit. Door in de toekomst de quantumbatterij zo te bouwen dat eenheden in superpositie kunnen bestaan, kan het totale systeem zich collectief gedragen. Dit gedrag, dat quantumcoherentie heet, stelt de eenheden in staat samen te werken, waardoor een ultrasnelle lading ontstaat die afhangt van het aantal afzonderlijke moleculen.
Is dit een uniek concept?
Bij mijn weten is dit niet eerder uitgevoerd.
Wat gebeurt er nu?
We gaan verder op de ingeslagen weg. Er zijn al investeerders op het gebied van deep tech die geïnteresseerd zijn. Ons werk biedt de mogelijkheid voor het benutten van collectieve effecten in de koppeling van licht en materie voor energieopslag.
Wanneer kunnen we razendsnel en draadloos opladen?
Ik denk over zo’n tien jaar.
Lees ook hoe quantumpunten fotonica verder helpt en wat de qantumcomputer kan betekenen voor de autoindustrie
