Des chercheurs de l'IBS* coréen suggèrent que la charge quantique pourrait réduire le temps de recharge des véhicules électriques à 3 minutes à la maison

Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, des chercheurs de l'Institut coréen des sciences fondamentales ( IBS ) suggèrent qu'une charge quantique des batteries de VÉ réduirait le temps de recharge de dix heures à trois minutes à la maison.

Une illustration picturale du véhicule électrique d'aujourd'hui par rapport au futur véhicule basé sur la technologie de batterie quantique.
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L'utilisation de la charge quantique entraînerait une accélération énergétique 200 fois plus rapide dans un véhicule électrique typique, ce qui signifie que le temps de recharge serait réduit de 10 heures à environ 3 minutes à la maison, ou de 30 minutes à 9 secondes à une station de recharge.
 
Malgré des améliorations significatives et continues de la technologie des batteries, les consommateurs de véhicules électriques sont toujours confrontés à une vitesse de recharge lente. Actuellement, les voitures peuvent prendre environ 10 heures pour se recharger complètement à la maison. Même les bornes de recharge rapides nécessitent jusqu'à 20 à 40 minutes pour recharger complètement les véhicules. Cela crée des coûts supplémentaires et des inconvénients pour les clients.
 
Pour résoudre ce problème, certains scientifiques se sont tournés vers la physique quantique. Leur recherche a conduit à la découverte que les technologies quantiques pourraient créer de nouveaux mécanismes pour recharger les batteries à un rythme plus rapide. Le concept de «batterie quantique» a été proposé pour la première fois dans un article fondateur publié par Alicki et Fannes en 2012. Selon la théorie, les ressources quantiques, telles que l'intrication quantique**, peuvent être utilisées pour accélérer le processus de recharge de la batterie en chargeant toutes les cellules dans le batterie collectivement en simultanée.
 
Ceci est particulièrement intéressant car les batteries modernes de grande capacité peuvent contenir de nombreuses cellules. Une telle charge collective n'est pas possible dans les batteries classiques, où les cellules sont chargées en parallèle indépendamment les unes des autres. L'avantage de cette charge collective par rapport à la charge parallèle peut être mesuré par le rapport appelé « avantage de charge quantique ».
 
Vers 2017, l’on avait remarqué qu'il puisse y avoir deux sources possibles derrière cet avantage quantique : le « fonctionnement global » (dans lequel toutes les cellules communiquent simultanément, entre elles alors que les cellules peuvent se parler entre elles, mais également à une seule cellule, c'est-à-dire le couplage tout-à-tout « cela permet qu’il y ait beaucoup de discussions, mais chaque discussion ne communique qu'entre deux participants »). Cependant, il n'est pas clair si ces deux sources sont nécessaires et s'il existe des limites à la vitesse de charge qui peut être atteinte.
 
Récemment, des scientifiques du Centre de physique théorique des systèmes complexes de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) ont approfondi ces questions. L'article a démontré que le couplage tout-à-tout n'est pas pertinent dans les batteries quantiques et que la présence d'opérations globales est le seul ingrédient de l'avantage quantique. Le groupe est allé plus loin pour identifier la source exacte de cet avantage tout en excluant toute autre possibilité et a même fourni une manière explicite de concevoir de telles batteries.
 
De plus, le groupe a pu quantifier la vitesse de recharge pouvant être atteinte dans ce schéma. Alors que la vitesse de charge maximale augmente de manière linéaire avec le nombre de cellules dans les batteries classiques, l'étude a démontré que les batteries quantiques utilisant un fonctionnement global peuvent atteindre une mise à l'échelle quadratique de la vitesse de charge. Pour illustrer cela, considérons un véhicule électrique typique avec une batterie qui contient environ 200 cellules. L'utilisation de cette charge quantique entraînerait 200 fois son accélération par rapport aux batteries classiques, ce qui signifie qu'à la maison, le temps de recharge serait réduit de 10 heures à environ 3 minutes. Dans les bornes de recharge à grande vitesse, le temps de recharge passerait de 30 minutes à quelques secondes.
 
Les chercheurs affirment que les conséquences peuvent être considérables et que les implications de la charge quantique peuvent aller bien au-delà des voitures électriques et de l'électronique grand public. Par exemple, ils pourraient trouver des utilisations clés dans les futures centrales électriques à fusion, qui nécessitent de grandes quantités d'énergie pour être chargées et déchargées en un instant.
 
Bien sûr, les technologies quantiques en sont encore à leurs balbutiements et il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que ces méthodes puissent être mises en œuvre dans la pratique. Cependant, les résultats de recherche tels que celles-ci créent une direction prometteuse et peuvent inciter les organismes de financement et les entreprises à investir davantage dans ces technologies. Si elles étaient utilisées, on pense que les batteries quantiques révolutionneraient complètement la façon dont nous utilisons l'énergie et nous rapprocheraient d'un avenir durable.
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*Institute For Basic Science
**En mécanique quantique, l'intrication quantique, ou enchevêtrement quantique, est un phénomène dans lequel deux particules forment un système lié, et présentent des états quantiques dépendant l'un de l'autre quelle que soit la distance qui les sépare.
Ressources
Ju-Yeon Gyhm, Dominik Šafránek et Dario Rosa (2022) " L'avantage de la charge quantique ne peut pas être étendu sans opérations mondiales " Phys. Rév. Lett.
 
Robert Alicki, Mark Fannes (2012) « Œuvre extractible d'ensembles de batteries quantiques. L'enchevêtrement aide" doi : 10.48550/arXiv.1211.1209
 
Publié le 21 mars 2022 dans Batteries , Électrique (Batterie) , Informatique quantique
 
Green Car Congress

Contribution: André H. Martel