Vous trouvez votre ordinateur ou votre téléphone trop long à recharger ? Attendez donc que la physique quantique s'en mêle, vous pourriez être surpris !
S'il y a bien un domaine qui repousse les limites de la compréhension humaine, c'est celui de la physique quantique. Loin d'en être à ses balbutiements ; son cadre théorique a été largement défini depuis plus d'un siècle ; cette discipline continue d'évoluer et de surprendre. Le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) planche sur la possibilité d'une convergence entre l'IA et le calcul quantique. Google protège déjà ses ordinateurs quantiques avec des méthodes de chiffrement très avancées. Pour autant, nous sommes encore loin du stade où les ordinateurs quantiques équiperont tous les foyers.
La physique quantique reste pour l'instant cantonnée à la recherche et à des applications très spécifiques. Parmi l'ensemble de ces recherches, les batteries quantiques sont un sujet très sérieux : en défiant les lois conventionnelles de la causalité, elles pourraient un jour révolutionner la manière avec laquelle nous stockons et conservons l'énergie électrique.
Le principe de superposition quantique
Pour comprendre pleinement cette avancée, il faut être familier avec un concept clé de la physique quantique : la superposition. Physicien à l'Université de Tokyo, Yuanbo Chen clarifie celle-ci : « Normalement, si l'événement A cause l'événement B, on pense que B ne peut pas causer A simultanément ». Une affirmation qui illustre parfaitement la logique linéaire du monde que nous connaissons, où les causes et les effets suivent un ordre chronologique et unidirectionnel. Toutefois, à l'échelle subatomique, tout est différent. « Cependant, des avancées récentes en physique théorique suggèrent que, dans certains cadres, des scénarios où « A cause B » et « B cause A » pourraient simultanément être réels » explique Chen.
Des particules peuvent donc exister simultanément et dans plusieurs états : c'est le principe de superposition quantique. L'expérience de pensée du Chat de Shrödinger est une métaphore parfaite de ce principe. Grâce à ce principe, des expéreiences défiant l'intuition ont pu être réalisées. En 2009, un commutateur quantique (dispositif permettant de manipuler l'ordre des interactions sur une particule quantique) a révélé un phénomène d'ordre causal indéfini. En effet, il a permis que deux processus A et B se produise dans une superposition d'ordres différents : A puis B, B puis A et ensuite simultanément.
Les batteries quantiques : une future révolution ?
Chen et son équipe ont donc pensé à appliquer ces principes à une batterie quantique. Une batterie traditionnelle regagne en capacité grâce à la conversion d'énergie électrique en énergie chimique, un processus qui implique un grand nombre d'électrons. Les chercheurs ont publié une étude dans la revue Physical Review Letters qui démontrait qu'un effet quantique permettrait à une batterie de se charger plus rapidement. Ceci en bouleversant la notion basique de causalité.
Chen explique : « Avec un commutateur quantique, vous pouvez créer une superposition de [séquences] (Appliquer d'abord A puis B) et (Appliquer d'abord B puis A) ». Ils ont comparé trois techniques de chargement différentes : séquentielle, simultanée et en superposition. À la suite de cette comparaison, les chercheurs ont découvert que la méthode de superposition pourrait « donner des ailes » à un chargeur de faible puissance. Il pourrait alors délivrer beaucoup plus d'énergie qu'un chargeur traditionnel de haute puissance.
Pour l'instant, créer une batterie quantique capable de tenir une charge n'est pas encore pour demain. Chen reste malgré tout prudent, mais tout de même optimiste : « Compte tenu de la situation actuelle, marquée par des efforts expérimentaux limités et une exploration théorique continue dans le domaine des batteries quantiques, il est difficile d'estimer un calendrier précis pour obtenir des résultats concluants ». L'exploration de cette technologie, même si elle est encore à un stade préliminaire, ouvre dans tous les cas une nouvelle page dans le grand livre de la physique appliquée. À l'avenir, la manière avec laquelle nous utiliserons l'énergie sera peut-être radicalement différente.
Sources : Space, Futura Sciences, Cairn, Physical Review Letters
