Die kontraintuitive Entdeckung

Jeder kennt die Regel: Je größer der Akku, desto länger dauert der Ladevorgang. Ein Smartphone benötigt vielleicht eine Stunde, während ein Elektrofahrzeug in der Regel Stunden oder sogar eine ganze Nacht braucht. Das entspricht dem gesunden Menschenverstand.

Doch in der Quantenwelt gilt der gesunde Menschenverstand nicht. Wissenschaftler der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) haben in Zusammenarbeit mit der University of Melbourne und der RMIT University einen Prototyp demonstriert, der dieses Prinzip komplett auf den Kopf stellt. Ihre Quantenbatterie lädt schneller, je größer sie wird.

"Unsere Ergebnisse bestätigen einen fundamentalen Quanteneffekt, der völlig kontraintuitiv ist: Quantenbatterien laden schneller, wenn sie größer werden. Heutige Batterien funktionieren so nicht", sagte James Quach, Leiter der Quantenwissenschaften bei der CSIRO, der das Team anführte.

Die Ergebnisse, die im März 2026 in der Fachzeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht wurden, stellen einen entscheidenden Fortschritt in der Forschung zu Quantenbatterien dar.

Wie es funktioniert: Die Wissenschaft der Superabsorption

Das Geheimnis liegt in einem Quantenphänomen namens Superabsorption. In einer herkömmlichen Batterie agieren die Moleküle unabhängig voneinander – jedes absorbiert Energie in seinem eigenen Tempo. Wenn jedoch Quanteneffekte die Oberhand gewinnen, beginnen sie, kollektiv zu handeln.

Das Team um Quach baute seinen Prototyp mithilfe einer optischen Mikrokavität – zwei winzige Spiegel, die nur 100 Nanometer voneinander entfernt positioniert sind, was etwa tausendmal dünner als ein menschliches Haar ist. Sie füllten diesen mikroskopischen Spalt mit organischen Farbstoffmolekülen und beschossen ihn mit einem Laser.

Licht und Moleküle koppelten sich stark und bildeten hybride Licht-Materie-Zustände. In dieser Konfiguration hörten die Moleküle auf, als Einzelgänger zu agieren, und begannen im Einklang zu arbeiten. "Dadurch steigt die Rate, mit der Energie absorbiert werden kann, mit der Anzahl der vorhandenen Moleküle an", erklärte Quach gegenüber der BBC.

Die Mathematik dahinter ist verblüffend: Wenn eine Quantenbatterie N Einheiten hat und jede einzeln in einer Sekunde lädt, ermöglicht der kollektive Quanteneffekt, dass alle N Einheiten in nur 1/√N Sekunden laden. Verdoppelt man die Batteriegröße, sinkt die Ladezeit um mehr als die Hälfte.

Ein Meilenstein der Entwicklung

Dies ist nicht die erste Quantenbatterie des Teams. Im Jahr 2022 demonstrierten sie zwar das Schnellladen durch Superabsorption, konnten die gespeicherte Energie jedoch nicht extrahieren – die Batterie war im Grunde ein Einwegsystem.

Der Durchbruch vom März 2026 löste dieses Problem. Zum ersten Mal gelang es den Forschern, einen elektrischen Strom aus dem Prototyp zu gewinnen und damit den vollständigen Batteriezyklus abzuschließen: Laden, Speichern und Entladen.

Der Prototyp lädt in Femtosekunden (Billiardstel einer Sekunde) und behält die gespeicherte Energie für Nanosekunden – etwa sechs Größenordnungen länger als die Ladezeit. Um dies zu veranschaulichen, merkte Quach an, dass eine Quantenversion, deren Ladevorgang eine Minute dauerte, ihre Ladung über mehrere Jahre halten würde.

Warum es wichtig ist

Betrieb bei Raumtemperatur

Ein wesentlicher Vorteil hebt diesen Entwurf von konkurrierenden Ansätzen ab. Während andere Quantenbatterie-Konzepte auf supraleitenden Materialien basieren, die eine extreme Kühlung unter -150 °C erfordern, arbeitet der CSIRO-Prototyp bei Raumtemperatur. Dies macht ihn weitaus praktischer für reale Anwendungen.

Drahtloses Laden

Die Batterie wird drahtlos über Laserpulse geladen, was faszinierende Möglichkeiten für die Fernstromversorgung eröffnet. Quach stellt sich "eine Zukunft vor, in der wir Elektroautos viel schneller als Benziner aufladen können oder Geräte über große Entfernungen drahtlos laden".

Anwendungen im Quantencomputing

Die meisten Experten sind sich einig, dass der erste praktische Einsatz wahrscheinlich im Quantencomputing erfolgen wird, nicht bei Smartphones oder Autos. Quantencomputer erfordern eine präzise gesteuerte Energiezufuhr, die auf ihre Quantenzustände abgestimmt ist, und eine Quantenbatterie könnte genau das liefern – was potenziell den Energieverbrauch senkt und Quantensysteme gleichzeitig schneller und stabiler macht.

Die kommenden Herausforderungen

Trotz der Begeisterung bleiben erhebliche Hürden bestehen. Der Prototyp speichert derzeit nur eine winzige Energiemenge – ein paar Milliarden Elektronenvolt, was bei weitem nicht ausreicht, um ein praktisches Gerät zu betreiben. Auch die Haltezeit von Nanosekunden ist für alltägliche Anwendungen viel zu kurz.

"Der nächste Schritt für Quantenbatterien besteht nun darin, ihre Energiespeicherzeit zu verlängern. Wenn wir diese Hürde überwinden können, wären wir kommerziell lebensfähigen Quantenbatterien ein Stück näher", sagte Quach.

Einige Wissenschaftler bleiben skeptisch, ob Quantenbatterien jemals herkömmliche Energiequellen im Alltag ersetzen werden. "Der entscheidende Punkt ist, dass es bei Quantenbatterien nicht darum geht, eine große Menge Energie zu speichern, sondern sie schneller und mit größerer Kontrolle abzugeben", bemerkte Dario Ferraro, außerordentlicher Professor für Physik an der University of Genova.

Das Team erforscht Hybriddesigns, die Quantenkomponenten für schnelles Laden mit konventionellen Speicherschichten kombinieren, die in der Lage sind, Energie über längere Zeiträume zu halten. Andere untersuchen Möglichkeiten, eine große Anzahl von Quantenbatterien zu bündeln, um die Gesamtkapazität zu erhöhen.

Was dies für die Zukunft bedeutet

Erstmals im Jahr 2013 vorgeschlagen, haben sich Quantenbatterien in etwas mehr als einem Jahrzehnt von einer theoretischen Kuriosität zu einem funktionierenden Prototyp entwickelt. Der Erfolg des CSIRO-Teams beweist, dass Quanten-Energiespeicherung nicht nur ein Gedankenexperiment für Physiker ist – es ist eine greifbare Technologie mit einem klaren Entwicklungspfad.

"Die Forschung bestätigt das spannende Potenzial von Quantenbatterien für eine beispiellos effiziente und schnelle Energiespeicherung", sagte Quach.

Wie bald könnten wir praktische Anwendungen sehen? Nicht in unmittelbarer Zukunft. Die Herausforderungen bei der Skalierung der Kapazität und der Verlängerung der Speicherzeit sind beträchtlich. Aber das grundlegende Prinzip wurde bewiesen: Im Quantenreich kann größer tatsächlich schneller sein.

Wie ein Forscher es ausdrückte, ist dies "ein entscheidender Schritt vorwärts in der Entwicklung von Quantenbatterietechnologien". Ob dieser Schritt zu quantenbetriebenen Smartphones, sekundenschnellem Laden von E-Autos oder etwas führt, das wir uns heute noch gar nicht vorstellen können – die Reise hat gerade erst begonnen.