La première batterie quantique fonctionnelle prouve que plus grand signifie vraiment plus rapide

En résumé

• Des scientifiques australiens ont construit le premier prototype fonctionnel de batterie quantique.
• Les batteries quantiques se chargent plus rapidement à mesure qu’elles s’agrandissent, défiant les limites classiques.
• Cette avancée pourrait alimenter de futurs ordinateurs quantiques, mais pas encore les appareils grand public.

Votre téléphone met une heure à se charger. Votre voiture électrique met toute la nuit. Ce compromis — plus de capacité signifie plus d’attente — est tellement ancré dans le fonctionnement des batteries que personne ne le remet vraiment en question. Une équipe de scientifiques australiens vient de créer quelque chose qui brise complètement cette règle. Des chercheurs du CSIRO, l’agence nationale australienne de science, en collaboration avec des équipes de l’Université RMIT et de l’Université de Melbourne, ont dévoilé le tout premier prototype de batterie quantique fonctionnelle. Il s’agit d’un véritable dispositif physique qui se charge, stocke de l’énergie et la décharge — en utilisant les règles de la physique quantique plutôt que la chimie. Leurs résultats ont été publiés mercredi dans Nature Light: Science & Applications. Le prototype est une petite couche de matériaux organiques, semblable à un sandwich nanoscopique, qui se charge sans fil via une impulsion laser. Cette impulsion dure quelques femtosecondes. Un femtoseconde est une billiardième de seconde. Le dispositif se charge durant cette période, puis conserve son énergie pendant des nanosecondes — environ six ordres de grandeur plus longtemps que le temps nécessaire pour le remplir.

Cet écart peut sembler peu impressionnant jusqu’à ce que l’on le mette à l’échelle. « Si nous pouvons charger une batterie en une minute, elle resterait chargée pendant quelques années », explique le chercheur principal James Quach. La physique fonctionne déjà. Le défi maintenant est d’étendre la durée de conservation de l’énergie stockée dans un dispositif réel. La véritable étrangeté ne réside pas dans la vitesse, mais dans le comportement à l’échelle. Les batteries conventionnelles deviennent plus lentes à charger à mesure qu’elles grossissent. Plus de capacité signifie plus de temps, mais les batteries quantiques font l’inverse. Plus il y a de molécules dans le dispositif, plus chacune se charge rapidement — car au niveau quantique, elles n’agissent pas individuellement. Elles se comportent collectivement, partageant l’énergie entrante en une seule rafale coordonnée que les chercheurs appellent « superabsorption ».

Techniquement, les chercheurs disent que le temps de charge diminue selon 1/√N, où N est le nombre de molécules. Doubler la taille de la batterie réduit le temps de charge de près de moitié, et ainsi de suite. « Nos résultats confirment un effet quantique fondamental totalement contre-intuitif : les batteries quantiques se chargent plus vite à mesure qu’elles deviennent plus grandes », a déclaré Quach à l’Université de Melbourne. « Les batteries d’aujourd’hui ne fonctionnent pas comme ça. »  Cette propriété était prédite mathématiquement depuis 2013, et une version partielle a été démontrée en 2022. Ce qui est nouveau ici, c’est le cycle complet : l’équipe a réussi à extraire l’énergie stockée sous forme de courant électrique, ce qu’aucune expérience précédente de batterie quantique n’avait réussi à faire. Le dispositif fonctionne également à température ambiante — un avantage pratique par rapport aux approches supraconductrices concurrentes en provenance de Chine et d’Espagne, qui nécessitent un refroidissement cryogénique. L’application immédiate n’est pas encore pour votre voiture électrique ou autre. La capacité totale du prototype est mesurée en milliardièmes d’électron-volt — suffisamment pour alimenter rien du tout dans le monde réel pour l’instant. Mais les ordinateurs quantiques, eux, sont une autre histoire. Ces systèmes progressent déjà plus vite que prévu, et ils ont un problème énergétique spécifique : leurs états quantiques délicats exigent une puissance fournie de manière cohérente, sans le bruit que l’électronique conventionnelle introduit. Une batterie quantique se charge et se décharge en utilisant le même langage quantique que ces processeurs. « Les batteries quantiques pourraient fournir de l’énergie de manière cohérente, avec le coût énergétique minimal pour les ordinateurs quantiques », a déclaré le professeur Andrew White, qui dirige le laboratoire de technologie quantique à l’Université du Queensland et n’a pas participé à la recherche, à The News Digital. Le CSIRO cherche déjà des partenaires de développement, notamment des fabricants de véhicules électriques et des investisseurs en technologie de pointe, pour faire avancer la recherche. La théorie avait une avance d’une décennie sur le matériel. Le matériel vient juste de rattraper son retard.