Các nhà khoa học Úc chế tạo nguyên mẫu pin lượng tử chức năng đầu tiên

Một nhóm các nhà khoa học Úc, bao gồm các chuyên gia từ Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên bang (CSIRO), Đại học RMIT và Đại học Melbourne, đã công bố việc chế tạo thành công nguyên mẫu pin lượng tử chức năng đầu tiên trên thế giới vào ngày 18 tháng 3 năm 2026. Thiết bị này có khả năng sạc, lưu trữ và xả năng lượng, đánh dấu sự chuyển đổi từ lý thuyết sang thực nghiệm trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng. Nguyên mẫu, được mô tả chi tiết trên tạp chí Light: Science & Applications, khai thác các nguyên lý cơ học lượng tử như chồng chập và vướng víu để lưu trữ năng lượng, khác biệt cơ bản so với công nghệ pin hóa học truyền thống. Tiến sĩ James Quach, trưởng nhóm nghiên cứu và là Nhà Khoa học Lãnh đạo tại CSIRO, xác nhận rằng thiết bị được sạc không dây thông qua một tia laser tập trung, chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành dòng điện.

Điểm khác biệt quan trọng của công nghệ này là tốc độ sạc tăng lên khi kích thước thiết bị lớn hơn, một hiện tượng phản trực giác so với quy luật mở rộng của pin thông thường. Tiến sĩ Quach giải thích rằng hiện tượng này là do các hiệu ứng tập thể lượng tử: nếu pin có N đơn vị lưu trữ, thời gian sạc có thể giảm xuống còn 1/sqrt(N) giây do tất cả các đơn vị sạc đồng thời. Điều này đối lập với pin hiện đại, nơi dung lượng lớn hơn thường đòi hỏi thời gian sạc lâu hơn. Nguyên mẫu đã chứng minh khả năng lưu trữ năng lượng lâu hơn sáu bậc độ lớn so với thời gian sạc, và quá trình sạc diễn ra ở nhiệt độ phòng.

Mặc dù là một thành tựu kỹ thuật và lý thuyết, công nghệ này vẫn đang ở giai đoạn sơ khai và đối mặt với các thách thức kỹ thuật đáng kể. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng dung lượng năng lượng của nguyên mẫu hiện tại còn rất nhỏ, chỉ vài tỷ electron volt, và thời gian giữ điện chỉ kéo dài trong vài nano giây do sự nhiễu loạn môi trường làm gián đoạn các trạng thái lượng tử được đồng bộ hóa cao. Tiến sĩ Quach nhấn mạnh rằng bước tiếp theo là mở rộng thời gian lưu trữ năng lượng, với mục tiêu cuối cùng là tạo ra pin thương mại có thể sạc xe điện nhanh hơn đổ xăng hoặc sạc điện thoại gần như ngay lập tức. Trước đó, vào tháng 7 năm 2025, các nhà nghiên cứu RMIT và CSIRO đã mở rộng tuổi thọ pin lượng tử gấp 1.000 lần, từ nano giây lên micro giây.

Sự phát triển này diễn ra trong bối cảnh cạnh tranh toàn cầu về công nghệ pin lượng tử. Chỉ một tháng trước thông báo của CSIRO, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Khoa học và Công nghệ Phương Nam của Trung Quốc, hợp tác với Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Tây Ban Nha (CSIC), đã trình diễn một pin lượng tử siêu dẫn sử dụng 12 qubit, có tốc độ sạc nhanh gấp đôi so với pin cổ điển tương đương. Các ứng dụng tiềm năng của pin lượng tử vượt ra ngoài xe điện và điện thoại, bao gồm cung cấp năng lượng lý tưởng cho các thiết bị lượng tử như máy tính lượng tử. Các nhà nghiên cứu tại CSIRO đang sử dụng các kỹ thuật lắng đọng nhiệt để chế tạo các hệ thống pin lượng tử trong khoang với các lớp hoạt tính chỉ dày vài nanomet. Pin lượng tử, được đề xuất lần đầu tiên như một khái niệm lý thuyết vào năm 2013, hứa hẹn một tương lai lưu trữ năng lượng hiệu quả và nhanh chóng hơn, mặc dù việc ổn định các trạng thái lượng tử tinh vi vẫn là một trở ngại chính.