Des batteries quantiques ultra-froides chargées par effet tunnel

Tirant profit des effets étranges et contre-intuitifs de la physique quantique, les batteries quantiques pourraient conserver indéfiniment leur efficacité. Des chercheurs ont exploré une nouvelle approche pour les charger efficacement et les empêcher de perdre de l’énergie qu’elles stockent.

Des atomes ultra-froids et des lasers

Alors que les batteries conventionnelles utilisent des substances chimiques telles que le lithium pour stocker la charge, leurs homologues quantiques exploitent des interactions à l’échelle atomique. Si, en raison du faible nombre de ces dispositifs fabriqués à ce jour, il n’existe pas de consensus concernant la meilleure conception possible, une nouvelle étude démontre la possibilité d’utiliser des atomes refroidis à une température proche du zéro absolu (273,16° C) et des faisceaux laser finement réglés.

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Particulièrement sensibles aux effets quantiques, les atomes ultra-froids peuvent être contrôlés précisément à l’aide de forces électromagnétiques. Ce qui signifie que nous pouvons utiliser des lasers pour les disposer dans des réseaux ordonnés inspirés de la structure des cristaux naturels.

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Physical Review A, Bruno Juliá-Díaz, de l’université de Barcelone, et ses collègues ont étudié une configuration particulière de lasers impliquant que les atomes ne puissent occuper que trois positions ou « puits d’énergie potentiels », analogues aux trous d’un parcours de golf commençant au pied d’une colline.

Une stabilité sans précédent

Contrairement à une balle de golf, les propriétés quantiques des atomes ultra-froids impliquent qu’ils puissent passer d’un trou à l’autre. Les calculs de l’équipe ont révélé qu’une séquence particulière d’impulsions électromagnétiques permettait de les maintenir dans les puits le plus élevés, ce qui se traduisait par la charge complète de la batterie quantique et son maintien.

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Décrite comme sans précédent, la stabilité démontrée ouvre la voie à une nouvelle génération de batteries quantiques « pratiques ». Pour Juliá-Díaz et ses collègues, la prochaine étape consistera à étudier les moyens de connecter ce type de cellule à différents appareils.

« À terme, cette conception pourrait être exploitée par un dispositif « atomonique », alimenté par des atomes ultra-froids également utilisés pour la détection ou le calcul », estime le chercheur.