در سال‌های اخیر به‌دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی، دانشمندان به‌دنبال روش‌های نوین ذخیره‌سازی انرژی بوده‌اند. اکنون در این مسیر محققان ژاپنی به پیشرفت نظری شگفت‌انگیزی رسیده‌اند؛ آنها توانستند مانع اصلی توسعه باتری‌های کوانتومی (اتلاف انرژی) را برطرف کنند. این دستاورد که درحال‌حاضر در قالب چارچوب نظری ارائه شده، می‌تواند نحوه ذخیره و انتقال نیرو را در آینده به کلی متحول کند.
براساس گزارش ScienceDaily، باتری‌های کوانتومی دستگاه‌هایی هستند که به‌جای واکنش‌های شیمیایی سنتی، از پدیده‌های کوانتومی مانند برهم‌نهی، درهم‌تنیدگی و همدوسی برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند. در تئوری، این باتری‌ها مزایای خارق‌العاده‌ای نسبت به باتری‌های معمولی دارند؛ این باتری‌ها شارژ سریع‌تر، ظرفیت بالاتر و بازدهی بهتری ارائه می‌دهند.
با وجود سال‌ها تحقیق، محققان نتوانسته‌اند باتری‌های کوانتومی را بسازند. در شرایط دنیای واقعی این سیستم‌ها به شدت در برابر اتلاف انرژی و ناهمدوسی (Decoherence) آسیب‌پذیرند. ناهمدوسی فرایندی است که در آن سیستم‌های کوانتومی خواص اصلی خود (مانند درهم‌تنیدگی) را از دست می‌دهند که منجر به کاهش شدید عملکرد می‌شود. همچنین در سیستم‌های فوتونی (مبتنی‌بر نور) هرگونه نقص کوچک یا خمیدگی در «موج‌بر» (کانالی که فوتون‌ها را هدایت می‌کند) باعث پراکندگی فوتون‌ها و افت شدید بازدهی انرژی می‌شود.
برای غلبه بر این مشکلات، محققان مرکز RQC ژاپن و دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ چین از مدل‌سازی تحلیلی و عددی در یک چارچوب نظری استفاده کردند و از «خواص توپولوژیک» بهره بردند؛ اینها ویژگی‌های ماده‌ای هستند که حتی اگر ساختار خمیده یا پیچانده شود، بدون تغییر باقی می‌مانند.
محققان نشان دادند که با استفاده از این خواص در موج‌برهای فوتونی، می‌توان به دستاوردهای بزرگی رسید. به‌عبارت دقیق‌تر این پژوهش نشان داد که موج‌برهای فوتونی توپولوژیک امکان «انتقال تقریباً کامل انرژی» را فراهم می‌کنند. همچنین زمانی که شارژر کوانتومی و باتری کوانتومی در یک زیرشبکه یکسان قرار بگیرند، حداکثر انرژی قابل استخراج در برابر اتلاف انرژی در آن مکان خاص، مصون می‌شود.
همچنین در یک نتیجه‌گیری غیرمنتظره، محققان کشف کردند که «اتلاف انرژی» که معمولاً عملکرد را تضعیف می‌کند، می‌تواند تحت شرایط خاصی به‌طور موقت قدرت شارژ را افزایش دهد. آنها دریافتند زمانی که اتلاف انرژی از یک سطح بحرانی فراتر می‌رود، قدرت شارژ یک «افزایش مختصر اما قابل‌وجه» را تجربه می‌کند. این یافته این باور قدیمی که اتلاف انرژی همیشه مضر است را زیر سؤال می‌برد.
یافته‌های این پژوهش در ژورنال Physical Review Letters منتشر شده است.
