Các nhà khoa học Úc làm việc với pin lượng tử trong phòng thí nghiệm - Ảnh: CSIRO
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Light: Science & Applications bởi nhóm chuyên gia từ Đại học Melbourne và cơ quan khoa học quốc gia CSIRO (cùng của Úc).
Khác với pin lithium-ion truyền thống vốn lưu trữ năng lượng thông qua phản ứng hóa học, pin lượng tử sử dụng các hiện tượng của cơ học lượng tử.
Thay vì ion di chuyển giữa cực âm và cực dương, năng lượng trong pin lượng tử được lưu trữ dưới dạng trạng thái kích thích điện từ giữa các phân tử đồng bộ với nhau, theo trang LiveScience ngày 6-5.
Công nghệ này dựa trên hiện tượng gọi là "tính kết hợp lượng tử", tức là khi các hạt tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái khác nhau nhưng vẫn liên kết chặt chẽ với nhau như một hệ thống thống nhất.
Nhờ đó, toàn bộ các phân tử trong pin có thể hấp thụ năng lượng cùng lúc trong một sự kiện gọi là "super absorption" - siêu hấp thụ.
Điều đặc biệt là pin càng lớn thì tốc độ sạc càng nhanh, trái ngược hoàn toàn với pin thông thường.
Để chế tạo thiết bị, nhóm nghiên cứu sử dụng nhiều lớp bán dẫn hữu cơ đặt giữa các gương bạc siêu mỏng nhằm tạo ra một khoang vi mô giữ ánh sáng bên trong.
Sau đó, nhóm chiếu một xung laser cực ngắn chỉ kéo dài một femtosecond (một phần triệu tỉ giây) vào hệ thống. Xung laser này khiến các phân tử chuyển sang trạng thái kích thích và giữ năng lượng trong vài chục nanosecond (vài chục phần tỉ giây).
Dù khoảng thời gian nghe có vẻ rất ngắn, các chuyên gia nhấn mạnh điều quan trọng nằm ở tỉ lệ giữa thời gian sạc và thời gian lưu trữ năng lượng. Theo đó, nếu nguyên lý này được mở rộng thành pin thực tế, một thiết bị sạc trong một phút có thể duy trì năng lượng trong nhiều năm.
Các nhà khoa học cho rằng pin lượng tử có thể mở ra nhiều ứng dụng mới như xe điện hạng nặng, máy bay không người lái hoặc thậm chí sạc từ xa bằng laser trong lúc thiết bị đang hoạt động. Công nghệ này cũng được kỳ vọng hỗ trợ máy tính lượng tử với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn.
Tuy nhiên, pin lượng tử hiện vẫn ở giai đoạn thử nghiệm ban đầu. Thách thức lớn nhất là hiện tượng "decoherence" (mất tính kết hợp lượng tử), khi các tác động từ môi trường phá vỡ trạng thái lượng tử và làm hệ thống mất ổn định.
Nếu vượt qua được rào cản này, pin lượng tử có thể trở thành một trong những công nghệ năng lượng đột phá nhất trong tương lai.
