Un phénomène quantique où l’ordre des événements ne suit pas la séquence habituelle cause-effet pourrait améliorer l’efficacité et la durabilité des batteries.

La recherche en matière de stockage d’énergie se concentre toujours plus sur les batteries quantiques. Récemment, une équipe japonaise a utilisé un phénomène quantique contre-intuitif, appelé ordre causal indéfini, pour améliorer l’efficacité de charge. Cette avancée pourrait accélérer le temps de charge des batteries tout en prolongeant leur durabilité (durée de vie en bon état), impactant ainsi l’électronique de consommation, l’automobile et les énergies renouvelables.

Face à l’urgence climatique et la quête d’autonomie énergétique, la recherche se tourne désormais vers les batteries quantiques. Récemment, une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo, dirigée par Yuanbo Chen, a exploré une nouvelle piste prometteuse : l’utilisation de phénomènes quantiques pour optimiser le chargement des batteries. Il s’agit ici de l’ordre causal indéfini, un phénomène où l’ordre des événements ne suit pas la séquence habituelle cause-effet.

Cette étude s’inscrit dans un contexte où la demande mondiale en solutions de stockage d’énergie plus performantes est croissante, notamment pour répondre aux besoins des énergies renouvelables et de la mobilité électrique. Les travaux de Chen et ses collègues pourraient marquer un tournant, en exploitant l’ordre causal indéfini, un concept à la frontière de la physique théorique et de l’application pratique. L’étude est disponible dans la revue Physical Review Letters.

Un pas vers l’indéfini

Dans notre quotidien, la causalité suit une logique unidirectionnelle : un événement précède et influence le suivant, sans ambiguïté. C’est le fondement de notre compréhension du temps et de la séquence des actions. En d’autres termes, si l’événement A provoque l’événement B, alors B ne peut être la cause de A. Toutefois, cette linéarité est remise en question par les lois de la mécanique quantique, où les phénomènes peuvent être intriqués de manière à ce que la distinction entre cause et effet devienne floue, voire interchangeable.

Yuanbo Chen et son équipe de l’Université de Tokyo suggèrent que cette complexité inhérente à la causalité quantique pourrait être exploitée pour améliorer le stockage d’énergie. Ils ont intégré cette notion dans l’expérimentation avec deux dispositifs de charge alimentant une batterie quantique. Ils ont évalué le gain énergétique de la batterie ainsi que son efficacité de charge selon trois scénarios distincts : une connexion séquentielle des chargeurs, une alimentation simultanée de la batterie par les chargeurs, et une situation où la source de charge restait indéterminée en raison de la superposition des causalités.

Dans ce dernier scénario, la batterie accumulait le plus d’énergie de la façon la plus efficiente, même avec une connexion faible entre les chargeurs et la batterie, indiquant que le processus pourrait être efficace même avec des chargeurs non idéaux. En permettant à des événements de coexister dans un état superposé, où les rôles de cause et d’effet ne sont pas fixes, on ouvre la porte à des batteries se chargeant plus rapidement et efficacement.

Les chercheurs ont mené une expérience préliminaire avec de la lumière quantique pour démontrer la faisabilité de ce protocole basé sur une causalité non définie, en utilisant un dispositif nommé interrupteur quantique. Toutefois, l’application directe sur une batterie quantique complète doit encore être testée.

Vers un avenir énergétique durable ?

Les implications des batteries quantiques sont potentiellement vastes, si la technique peut être mise en pratique. Dans le secteur des énergies renouvelables, elles offriraient la possibilité de stocker l’énergie solaire ou éolienne plus efficacement, réduisant ainsi les problèmes liés à l’intermittence de ces sources. Cela signifie que l’énergie produite pendant les périodes de forte production pourrait être conservée de manière plus stable et restituée selon les besoins.

Dans le domaine de l’électronique, les implications sont tout aussi significatives. Les batteries quantiques pourraient permettre aux appareils mobiles courants, tels que les smartphones et les ordinateurs portables, de fonctionner pendant des semaines sans nécessiter de recharge.

Pour les transports, en particulier les véhicules électriques, les batteries quantiques pourraient signifier des distances parcourues bien plus longues entre les charges, rendant les voitures électriques plus pratiques pour des trajets longue distance et réduisant l’anxiété liée à l’autonomie. De plus, la recharge de ces batteries pourrait être significativement plus rapide, réduisant les temps d’arrêt et améliorant l’efficacité globale des voyages.

Les batteries quantiques pourraient donc non seulement améliorer les produits existants, mais aussi permettre le développement de nouvelles technologies qui étaient auparavant inimaginables en raison des limitations des batteries conventionnelles. Cela pourrait conduire à une nouvelle ère de dispositifs énergétiques, où la durabilité et l’efficacité ne seraient plus des objectifs contradictoires, mais des réalités concrètes.

Source : Physical Review Letters