Baterai Kuantum Pertama yang Berfungsi Membuktikan Lebih Besar Sungguh Berarti Lebih Cepat

Singkatnya

• Ilmuwan Australia membangun prototipe baterai kuantum yang berfungsi pertama di dunia.
• Baterai kuantum mengisi daya lebih cepat seiring bertambahnya skala, melawan batasan klasik.
• Terobosan ini dapat memberi daya pada komputer kuantum masa depan, tetapi belum untuk perangkat konsumen.

Ponsel Anda membutuhkan waktu satu jam untuk mengisi daya. Kendaraan listrik Anda membutuhkan sepanjang malam. Perbandingan itu—semakin besar kapasitasnya, semakin lama menunggu—sudah begitu melekat dalam cara kerja baterai sehingga tidak ada yang benar-benar mempertanyakannya lagi. Sekelompok ilmuwan Australia baru saja membangun sesuatu yang sepenuhnya melanggar aturan itu. Peneliti di CSIRO, badan ilmu pengetahuan nasional Australia, bersama tim dari RMIT University dan University of Melbourne, telah memperkenalkan prototipe baterai kuantum pertama di dunia yang berfungsi. Ini adalah perangkat fisik nyata yang mengisi daya, menyimpan energi, dan melepaskannya—menggunakan aturan fisika kuantum alih-alih kimia. Temuan mereka dipublikasikan hari Rabu di Nature Light: Science & Applications. Prototipe ini berupa wafer kecil berlapis dari bahan organik seperti sandwich nanoskopis yang diisi daya secara nirkabel oleh pulsa laser. Pulsa itu berlangsung selama femtosekon. Satu femtosekon adalah sepertriliun detik. Perangkat mengisi daya dalam jendela waktu itu, lalu menyimpan energinya selama nanodetik—sekitar enam kali lipat lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk mengisi.

Jarak itu terdengar tidak mengesankan sampai Anda memperbesarnya. “Jika kita bisa mengisi daya baterai dalam satu menit, itu akan tetap terisi selama beberapa tahun,” jelas peneliti utama James Quach. Fisika sudah bekerja. Tantangannya sekarang adalah memperpanjang berapa lama energi yang disimpan dapat bertahan di perangkat nyata. Bagian yang benar-benar aneh bukanlah kecepatan, melainkan perilaku skala. Baterai konvensional menjadi lebih lambat saat mereka bertambah besar. Semakin besar kapasitasnya, semakin lama waktu pengisian, tetapi baterai kuantum justru sebaliknya. Semakin banyak molekul yang dikemas ke dalam perangkat, semakin cepat setiap molekul mengisi—karena di tingkat kuantum, mereka tidak bertindak secara individual. Mereka berperilaku secara kolektif, berbagi energi yang masuk dalam satu ledakan terkoordinasi yang disebut peneliti sebagai “superabsorption.”

Secara teknis, peneliti mengatakan bahwa waktu pengisian menurun seiring dengan 1/√N, di mana N adalah jumlah molekul. Gandakan baterai, kurangi waktu pengisian hampir setengahnya, dan seterusnya. “Temuan kami mengonfirmasi efek kuantum fundamental yang sepenuhnya kontraintuitif: baterai kuantum mengisi lebih cepat saat mereka menjadi lebih besar,” kata Quach kepada Melbourne University. “Baterai saat ini tidak berfungsi seperti itu.”  Properti ini telah diprediksi secara matematis sejak 2013, dan versi parsialnya telah didemonstrasikan pada 2022. Yang baru di sini adalah siklus lengkapnya: Tim ini menemukan cara menarik kembali energi yang disimpan sebagai arus listrik, yang belum pernah berhasil dilakukan dalam eksperimen baterai kuantum sebelumnya. Perangkat ini juga berjalan pada suhu kamar—keuntungan praktis dibanding pendekatan superkonduktor dari China dan Spanyol yang memerlukan pendinginan kriogenik. Aplikasi langsungnya bukan untuk EV Anda atau semacamnya. Kapasitas total prototipe diukur dalam miliaran bagian elektron-volt—cukup untuk menggerakkan apa pun di dunia nyata saat ini. Tapi komputer kuantum adalah cerita yang berbeda. Sistem tersebut sudah berkembang lebih cepat dari yang diperkirakan banyak orang, dan mereka memiliki masalah energi tertentu: Status kuantum mereka yang rapuh menuntut daya yang disampaikan secara koheren, tanpa gangguan yang biasanya diperkenalkan elektronik konvensional. Baterai kuantum mengisi dan melepaskan energi menggunakan bahasa kuantum yang sama yang digunakan prosesor tersebut. “Baterai kuantum bisa menyediakan energi secara koheren, dengan biaya energi minimum untuk komputer kuantum,” kata Profesor Andrew White, yang memimpin laboratorium teknologi kuantum di University of Queensland dan tidak terlibat dalam penelitian ini, kepada The News Digital. CSIRO sudah mencari mitra pengembangan, termasuk produsen EV dan investor teknologi mendalam, untuk mendorong penelitian ini ke depan. Teori ini sudah memiliki keunggulan satu dekade atas perangkat kerasnya. Perangkat keras baru saja menyusul.