Quantenbatterie lädt in Billiardstelsekunden: Was dahinter steckt
Eine Quantenbatterie lädt im Femtosekundenbereich. Was hinter dem Rekord steckt, wie Superabsorption funktioniert und warum Handys warten müssen
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Eine Batterie, die in Billiardstelsekunden lädt, klingt nach dem Ende jeder Ladepause. Der Prototyp aus Australien ist real, aber seine Grenzen sind mindestens so wichtig wie sein Tempo.
Quantenbatterie lädt in Billiardstelsekunden
Die Zahl wirkt zunächst beinahe absurd: Forschende der australischen Wissenschaftsorganisation CSIRO haben gemeinsam mit der RMIT University und der University of Melbourne eine Quantenbatterie entwickelt, deren Ladevorgang im Bereich von Femtosekunden abläuft.
Eine Femtosekunde entspricht (10^{-15}) Sekunden, also einer Billiardstelsekunde.
Damit spielt sich die Energieaufnahme auf einer Zeitskala ab, die mit den Ladezeiten heutiger Lithium-Ionen-Akkus kaum sinnvoll vergleichbar ist. Trotzdem bedeutet das nicht, dass wir demnächst ein Smartphone in einer Billiardstelsekunde aufladen können.
Der entscheidende Unterschied liegt darin, was hier überhaupt als Batterie bezeichnet wird.
Die im Fachjournal “Light: Science & Applications” veröffentlichte Arbeit beschreibt einen experimentellen Quantenspeicher, der Lichtenergie aufnehmen, kurzzeitig speichern und anschließend als elektrischen Strom wieder abgeben kann. Genau dieser vollständige Zyklus macht die Arbeit interessant.
Was ist eine Quantenbatterie?
Eine klassische Batterie speichert Energie über chemische Prozesse. Beim Laden eines Lithium-Ionen-Akkus bewegen sich Ionen zwischen den Elektroden und werden dort chemisch gebunden.
Eine Quantenbatterie verfolgt einen anderen Ansatz.
Sie nutzt quantenmechanische Wechselwirkungen zwischen ihren Bestandteilen. Im aktuellen Experiment befinden sich organische Moleküle innerhalb einer optischen Mikrokavität. Vereinfacht gesagt handelt es sich um einen extrem kleinen Resonanzraum, in dem Licht zwischen reflektierenden Schichten eingeschlossen wird.
Licht und Moleküle koppeln dabei so stark miteinander, dass neue gemeinsame Zustände entstehen. Diese sogenannten Polaritonen besitzen Eigenschaften von Licht und Materie.
Genau diese kollektive Wechselwirkung ermöglicht einen Effekt, der für Quantenbatterien besonders interessant ist: Superabsorption.
Wie funktioniert der ultraschnelle Akku?
Der Aufbau lässt sich vereinfacht als dünnes Schichtsystem verstehen.
Zwischen reflektierenden Silberschichten befinden sich unter anderem Moleküle aus Kupferphthalocyanin sowie weitere Materialien für den Ladungstransport. Ein Laser regt das System an.
Dabei passiert vereinfacht Folgendes:
- Licht gelangt in die optische Mikrokavität.
- Die Photonen koppeln mit den Molekülen.
- Dabei entstehen kollektive Licht-Materie-Zustände.
- Das System nimmt Energie auf.
- Die Energie wird in länger lebende angeregte Zustände übertragen.
- Zusätzliche Schichten ermöglichen es, daraus einen elektrischen Strom zu erzeugen.
Gerade der letzte Punkt ist relevant.
Frühere Experimente konnten bereits ungewöhnlich schnelle Energieaufnahme bei Quantenbatterien demonstrieren. Beim neuen Aufbau konnten die Forschenden jedoch zusätzlich elektrische Energie aus dem System extrahieren.
Damit wurde erstmals der vollständige Zyklus aus Laden, Speichern und elektrischem Entladen innerhalb dieses Ansatzes experimentell demonstriert.
Lädt der Akku wirklich in einer Billiardstelsekunde?
Die kurze Antwort lautet: Die relevanten Vorgänge finden tatsächlich im Femtosekundenbereich statt, die Formulierung “Akku lädt in einer Billiardstelsekunde” vereinfacht das Experiment allerdings stark.
Eine Femtosekunde ist eine Billiardstelsekunde. Die verwendeten Laserpulse und die gemessenen Ladeprozesse bewegen sich auf Zeitskalen von einigen beziehungsweise einigen Dutzend Femtosekunden.
Es geht deshalb nicht darum, dass ein Akku mit einer für Smartphones oder Elektroautos relevanten Kapazität nach exakt (10^{-15}) Sekunden vollständig geladen ist.
Gemessen wird vielmehr, wie schnell die Moleküle innerhalb des experimentellen Systems Energie aufnehmen.
Das ist ein wichtiger Unterschied.
Ein Smartphone-Akku speichert mehrere Wattstunden Energie. Die experimentelle Quantenbatterie speichert dagegen nur eine verschwindend kleine Energiemenge.
Die spektakuläre Ladezeit und die praktisch nutzbare Speicherkapazität sind deshalb zwei völlig unterschiedliche Größen.
Warum größere Quantenbatterien schneller laden
Der eigentlich spannendste Teil der Forschung ist aus meiner Sicht deshalb auch nicht die reine Zahl der Femtosekunden.
Interessanter ist, wie sich die Ladegeschwindigkeit beim Vergrößern des Systems verhält.
Bei klassischen Batterien bedeutet mehr Kapazität normalerweise auch mehr Energie, die übertragen werden muss. Ein größerer Akku benötigt bei vergleichbarer Ladeleistung entsprechend länger.
Bei der untersuchten Quantenbatterie beobachteten die Forschenden das Gegenteil.
Mit steigender Anzahl der beteiligten Moleküle sank die Ladezeit. Die Experimente entsprechen dabei einer Skalierung von ungefähr:
[ t \propto \frac{1}{\sqrt{N}} ]
(N) beschreibt die Zahl der beteiligten Moleküle.
Je mehr Moleküle kollektiv miteinander wechselwirken, desto stärker wird also die Kopplung und desto schneller kann das System Energie aufnehmen.
Dieser Effekt wird als superextensives Verhalten bezeichnet.
Für zukünftige Energiespeicher wäre genau diese Eigenschaft interessant. Ein größerer Speicher müsste theoretisch nicht automatisch langsamer laden.
Ob sich dieser Vorteil allerdings auf Energiemengen übertragen lässt, die für reale Geräte relevant sind, ist bislang offen.
Der größte Haken: Die Batterie bleibt nur Nanosekunden geladen
So spektakulär die Ladegeschwindigkeit klingt, so deutlich sind die aktuellen Grenzen.
Die Forschenden konnten die aufgenommene Energie in metastabilen Zuständen speichern. Diese Zustände bleiben ungefähr zehn bis 50 Nanosekunden erhalten.
Das ist zwar rund sechs Größenordnungen länger als der eigentliche Ladevorgang, im Alltag aber weiterhin extrem kurz.
Eine Nanosekunde entspricht (10^{-9}) Sekunden.
Ein Akku, der sich extrem schnell lädt, seine Energie aber nach wenigen Milliardstelsekunden wieder verliert, ersetzt keinen klassischen Energiespeicher.
Auch die Kapazität ist derzeit winzig. CSIRO spricht von lediglich einigen Milliarden Elektronenvolt gespeicherter Energie.
Für ein Smartphone, Notebook oder Elektroauto reicht das bei weitem nicht.
Warum das noch kein Smartphone-Akku ist
Bei neuen Batterietechnologien konzentriert sich die Berichterstattung häufig auf einzelne Rekordwerte.
Mal geht es um Ladegeschwindigkeit, mal um Energiedichte, Ladezyklen oder neue Materialien.
Für eine praktisch nutzbare Batterie müssen jedoch mehrere Eigenschaften gleichzeitig funktionieren:
- hohe Speicherkapazität
- kontrollierbare Ladeleistung
- lange Speicherdauer
- hohe Zahl an Ladezyklen
- kontrolliertes Entladen
- akzeptable Herstellungskosten
- skalierbare Produktion
- sichere Integration in Geräte
Der neue Quantenakku löst diese Anforderungen nicht.
Er demonstriert zunächst einen physikalischen Mechanismus und einen vollständigen experimentellen Lade- und Entladezyklus.
Für klassische Computer-Hardware, Smartphones oder Elektroautos ist das System in seiner aktuellen Form nicht geeignet.
Das macht die Forschung nicht weniger interessant. Es verschiebt lediglich die Frage von “Wann bekomme ich das in meinem Smartphone?” zu “Welche Eigenschaften dieses Systems lassen sich technisch nutzen?”
Was Superabsorption so interessant macht
Bei der sogenannten Superabsorption reagieren die Moleküle nicht vollständig unabhängig voneinander.
Durch ihre kollektive Kopplung an das elektromagnetische Feld innerhalb der Mikrokavität kann das gesamte System Licht besonders effizient aufnehmen.
Mehr absorbierende Moleküle führen dadurch nicht einfach nur zu einem proportional größeren Speicher.
Bestimmte Eigenschaften verbessern sich überproportional.
Die Forschenden beobachteten nicht nur eine steigende Ladeleistung. Auch bei der elektrischen Entladung zeigte das System ein superextensives Verhalten.
Damit geht die Arbeit über einen reinen Nachweis schneller Lichtabsorption hinaus.
Die Studie zeigt, dass sich der Quanteneffekt auch auf eine elektrisch messbare Ausgangsleistung auswirken kann.
Eine mögliche Zukunft liegt in Hybridakkus
Ein realistischer Ansatz muss deshalb nicht darin bestehen, klassische Batterien vollständig durch Quantenbatterien zu ersetzen.
CSIRO untersucht auch hybride Konzepte.
Denkbar wäre beispielsweise eine Schicht, die Energie mithilfe der quantenmechanischen Effekte besonders schnell aufnimmt. Anschließend müsste diese Energie in einen konventionellen Speicher übertragen werden, der sie über Stunden oder Tage halten kann.
Damit würden zwei unterschiedliche Stärken kombiniert:
Die Quantenstruktur übernimmt die schnelle Energieaufnahme. Ein klassischer Speicher übernimmt die langfristige Speicherung.
Ob ein solches System effizient und wirtschaftlich gebaut werden kann, ist derzeit noch Forschungsarbeit.
Gerade bei Batterien entscheidet schließlich nicht nur ein einzelner Laborwert darüber, ob sich eine Technologie durchsetzt. Materialkosten, Herstellung, Wirkungsgrad, Lebensdauer und Skalierbarkeit spielen mindestens ebenso große Rollen.
Quantencomputer könnten früher profitieren
Interessanter als Smartphones oder Elektroautos könnten kurzfristig Systeme sein, die ohnehin mit Quanteneffekten arbeiten.
Dazu gehören insbesondere Quantencomputer und andere spezialisierte Quantengeräte.
Solche Systeme benötigen teilweise extrem kleine Energiemengen, die sehr präzise und schnell bereitgestellt werden müssen.
Genau dort könnten die Eigenschaften einer Quantenbatterie früher relevant werden als in einem klassischen Akku.
Die aktuelle Forschung funktioniert zudem bei Raumtemperatur. Das unterscheidet den Aufbau von verschiedenen anderen Quantenexperimenten, die extrem niedrige Temperaturen benötigen.
Für die Entwicklung praktischer Quantentechnologien ist das zumindest eine interessante Eigenschaft.
Was an der Studie wirklich neu ist
Die Schlagzeile über eine Billiardstelsekunde konzentriert sich auf den verständlichsten Rekordwert.
Technisch spannender sind jedoch drei andere Ergebnisse.
Erstens demonstriert der Aufbau eine Quantenbatterie, die nicht nur Energie aufnehmen und speichern kann, sondern daraus auch elektrischen Strom erzeugt.
Zweitens wird die Ladezeit mit zunehmender Zahl der beteiligten Moleküle kürzer.
Drittens beobachteten die Forschenden auch bei der abgegebenen elektrischen Leistung ein überproportionales Skalierungsverhalten.
Damit bewegt sich die Forschung einen Schritt von einem isolierten Quanteneffekt in Richtung eines tatsächlich nutzbaren Energiesystems.
Von einem kommerziellen Akku ist das trotzdem noch weit entfernt.
Genau diese Unterscheidung ist bei neuer Technologie wichtig. Forschung kann ein grundlegendes physikalisches Problem lösen, ohne bereits ein marktreifes Produkt hervorzubringen.
Für die technische Bildung ist diese Trennung zwischen experimentellem Nachweis und fertiger Anwendung mindestens genauso relevant wie der Rekord selbst.
Fazit: Billiardstelsekunden sind nur ein Teil der Geschichte
Ja, die neue Quantenbatterie kann Energie auf einer Zeitskala von Femtosekunden aufnehmen.
Und ja, das entspricht Billiardstelsekunden.
Das bedeutet aber nicht, dass Smartphones oder Elektroautos demnächst praktisch augenblicklich geladen werden.
Der aktuelle Prototyp speichert nur extrem wenig Energie und hält sie lediglich einige Nanosekunden.
Die entscheidende Erkenntnis liegt an einer anderen Stelle: Die Forschenden konnten einen vollständigen Lade-, Speicher- und Entladeprozess demonstrieren und dabei zeigen, dass bestimmte Leistungswerte mit zunehmender Größe des Quantensystems überproportional steigen.
Ob daraus irgendwann eine neue Generation von Energiespeichern entsteht, lässt sich heute nicht seriös beantworten.
Als experimenteller Nachweis ist die Arbeit trotzdem bemerkenswert. Nicht weil sie das Ladeproblem unserer Smartphones bereits gelöst hätte, sondern weil sie zeigt, dass Energiespeicherung unter den Regeln der Quantenmechanik Eigenschaften besitzen kann, die klassische Batterien nicht haben.
Quellen
- Kieran Hymas et al.: “Superextensive electrical power from a quantum battery”, Light: Science & Applications, Volume 15, Article 168, 2026, DOI 10.1038/s41377-026-02240-6
- CSIRO: “Australian scientists achieve energy storage and quantum battery breakthrough”, 18. März 2026
- James Quach / CSIRO: “A world-first quantum battery charges faster when it gets bigger but it’s tiny and only lasts nanoseconds”, 18. März 2026
- Der Standard: “Wissenschaftler entwickeln Akku, der in einer Billiardstelsekunde lädt”, 7. September 2026
FAQ
Was ist eine Quantenbatterie?
Eine Quantenbatterie speichert Energie mithilfe quantenmechanischer Effekte. Der aktuelle Prototyp nutzt starke Licht-Materie-Kopplung in einer optischen Mikrokavität und kann aufgenommene Lichtenergie anschließend als elektrischen Strom abgeben.
Lädt die Quantenbatterie wirklich in einer Billiardstelsekunde?
Die beobachteten Ladeprozesse finden im Femtosekundenbereich statt. Eine Femtosekunde entspricht einer Billiardstelsekunde. Die Aussage beschreibt daher die Größenordnung und nicht, dass ein nutzbarer Smartphone-Akku exakt nach einer Femtosekunde voll wäre.
Wann könnten Quantenbatterien in Smartphones oder Elektroautos eingesetzt werden?
Dafür gibt es derzeit keinen absehbaren Termin. Der Prototyp speichert nur sehr kleine Energiemengen und hält seine Ladung lediglich einige Nanosekunden. Kurzfristig sind Anwendungen in spezieller Quantenhardware realistischer.
