Pin lượng tử mới có thể cách mạng hóa công nghệ lưu trữ năng lượng
(Nguồn: RIKEN – ngày 4 tháng 11 năm 2025)
Các nhà khoa học vừa công bố một khung lý thuyết mới cho “pin lượng tử topo” – một thiết bị năng lượng tương lai có thể lưu trữ và truyền điện gần như hoàn hảo, không hao tổn.
Nhóm nghiên cứu từ Trung tâm Tính toán Lượng tử RIKEN (Nhật Bản) và Đại học Khoa học – Công nghệ Hoa Trung (Trung Quốc) đã phát triển mô hình lý thuyết cho phép pin lượng tử dựa trên tính chất topo của các ống dẫn sóng quang tử kết hợp với hành vi lượng tử của nguyên tử hai mức năng lượng, mở ra tiềm năng ứng dụng trong lưu trữ năng lượng quy mô nano, truyền thông lượng tử quang học và mạng máy tính lượng tử phân tán.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.
Bước nhảy lượng tử trong lưu trữ năng lượng
Pin lượng tử là thiết bị siêu nhỏ, hoạt động dựa trên hiệu ứng chồng chập, vướng lượng tử và tính kết hợp, thay vì phản ứng hóa học như pin truyền thống. Về lý thuyết, chúng có thể sạc nhanh hơn, lưu trữ nhiều hơn và truyền năng lượng hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, việc triển khai trong thực tế gặp khó khăn vì sự mất kết hợp (decoherence) và phân tán photon, gây suy giảm hiệu suất. Các yếu tố như tiếng ồn ngẫu nhiên, tổn hao môi trường và sai lệch cấu trúc càng làm giảm tính ổn định của hệ thống.
Giải pháp topo: năng lượng không suy hao
Để vượt qua những trở ngại này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết và mô phỏng số, tận dụng các đặc tính topo của vật liệu – những tính chất vẫn được bảo toàn dù vật thể bị biến dạng.
Kết quả cho thấy có thể đạt được truyền năng lượng gần như hoàn hảo và khả năng sạc từ xa mà không bị tổn hao.
Đặc biệt, nhóm phát hiện sự tiêu tán năng lượng (dissipation) – vốn được xem là bất lợi – có thể tạm thời làm tăng công suất sạc của pin lượng tử trong một số điều kiện nhất định. Khi mức tiêu tán vượt qua ngưỡng tới hạn, công suất sạc tăng đột biến, thách thức quan niệm truyền thống rằng tiêu tán luôn gây hại cho hiệu suất.
Hướng tới kỷ nguyên năng lượng lượng tử
“Nghiên cứu này cung cấp góc nhìn topo mới, mở đường cho các thiết bị lưu trữ năng lượng vi mô hiệu suất cao,” tác giả chính Lư Chí Quang (Zhi-Guang Lu) cho biết. “Chúng tôi hy vọng kết quả này sẽ thúc đẩy quá trình chuyển từ lý thuyết sang ứng dụng thực tế của pin lượng tử.”
Tác giả liên hệ Thương Thành (Cheng Shang) nhấn mạnh: “Chúng tôi sẽ tiếp tục nỗ lực thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng thực tiễn, hướng tới kỷ nguyên năng lượng lượng tử mà nhân loại hằng mong đợi.”
Tài liệu tham khảo:
Zhi-Guang Lu, Guoqing Tian, Xin-You Lü & Cheng Shang, Topological Quantum Batteries, Physical Review Letters, ngày 6/5/2025.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.180401
