量子電池有朝一日可以通過一個看似矛盾的表現徹底改變能源儲存–電池容量越大，充電越快。現在，一個科學家團隊首次在一個概念驗證裝置中證明了支撐量子電池的超吸收量子力學原理。
古怪的量子物理學世界充滿了在我們看來不可能的現象。例如，分子可以變得如此糾纏在一起，以至於它們開始集體行動，而這可以導致一系列的量子效應。這包括超級吸收，它提高了分子吸收光的能力。
該研究的通訊作者James Quach表示：”超級吸收是一種量子集體效應，分子狀態之間的轉換會產生建設性的干擾。建設性干涉發生在所有種類的波（光、聲、水波）中，當不同的波加起來比任何一個波本身的效果都要大時，就會發生建設性干涉。至關重要的是，這允許組合分子比每個分子單獨行動時更有效地吸收光線。”
在一個量子電池中，這種現象將有一個非常明顯的好處：擁有的儲能分子越多，它們就能更有效地吸收能量–換言之，把電池做得越大，它的充電速度就越快。至少，理論上應該是這樣的。超級吸收尚未在足夠大的規模上被證明可以建造量子電池，但新的研究現在已經做到了這一點。為了建立他們的測試裝置，研究人員將一個活性光吸收分子層–一種被稱為Lumogen-F Orange的染料–放在兩個鏡子之間的微腔中。
“這個微腔中的鏡子是用製造高質量鏡子的標準方法製造的，”Quach解釋說。”這就是使用交替的電介質材料層–二氧化硅和五氧化二鈮–來創造所謂的’分佈式布拉格反射器’。這產生的鏡子比典型的金屬/玻璃鏡子反射更多的光。這很重要，因為我們想讓光儘可能長時間地停留在空腔內。”
然後，該團隊使用超快瞬時吸收光譜來測量染料分子是如何儲存能量的，以及整個設備充電的速度。果然，隨着微腔的大小和分子數量的增加，充電時間減少，證明了超吸收的作用。
最終這一突破可能為實用的量子電池鋪平道路，使之成為快速充電的電動汽車或能夠處理來自可再生資源的突發能量的儲能系統。但當然，這項研究仍處於非常早期的階段。鍵的挑戰是彌合這裡的小型設備的原理證明與在更大的可用設備中利用同樣的想法之間的差距。下一步是探索如何將其與其他儲存和傳輸能量的方式結合起來，以提供一種可能有實際用途的設備。
該研究發表在《科學進展》雜誌上。