Quantenphysik könnte theoretisch Energie ohne Entropie gewinnen

Ein Team der City University of Hong Kong wollte beweisen, dass eine bestimmte Art der Energieübertragung nicht funktionieren kann. Am Ende fand es einen Quantenweg, sie doch möglich zu machen. Unter Leitung von Oscar Dahlsten, außerordentlicher Professor am Fachbereich Physik, berichtet die Gruppe über das Ergebnis in Physical Review Letters. Die Arbeit trägt den Titel „Nonunique Decompositions of Mixed States and Deterministic Energy Transfers“.

Energie aus natürlichen Quellen kommt oft mit Entropie an, dem Begriff der Physiker für Zufälligkeit. Genau diese Zufälligkeit ist das Problem: Sie macht den Ertrag schwer vorhersagbar und schwer in die stetige Leistung umzuwandeln, die man zum Laden eines Akkus oder zum Betrieb eines elektronischen Geräts braucht. Die Studie argumentiert, dass ein bestimmtes Merkmal der Quantentheorie, nämlich die Tatsache, dass sich ein gemischter Zustand auf mehr als eine Weise zerlegen lässt, deterministische Energiegewinnung (Deterministic Energy Harvesting, DEH) ermöglicht. Bei diesem Verfahren gelangt Energie von der Quelle zum Energiesammler, ohne dass eine entsprechende Entropieübertragung stattfindet.

Der Mechanismus funktioniert so: Ein Quanten-Energiesammler lässt sich über mehrere Pfade laden, wobei jeder über einen anderen Zwischenzustand der Superposition führt, also eine Kombination von Zuständen, die die Quantentheorie gleichzeitig zulässt. Solange die Quelle den Sammler in einen dieser Übergänge treibt, erreicht er seinen geladenen Zustand mit Sicherheit. Unterschiedliche Quellzustände könnten daher, so die Autoren, Energie auf vorhersagbare Weise liefern.

„Wir wollten zunächst zeigen, dass ein solches Verfahren womöglich unmöglich ist“, sagte Dahlsten. „Zu unserer Überraschung führten unsere Bemühungen zu einer Quantenlösung, die genau die deterministische Energieübertragung erreichen kann, nach der wir gesucht hatten.“

Das Ergebnis ist eine theoretische Grundlage, kein Gerät. Der Preprint erschien 2025 auf arXiv, die Fachzeitschriftenfassung 2026. Die Studie beschreibt weder einen Prototyp noch eine Messung. Das Team nennt kein Datum für eine funktionierende Komponente, und der Schritt von den Gleichungen zur Hardware wird nicht beschrieben. Die Autoren stellen den Ansatz als Weg dar, Umgebungsenergie mit minimalen Verlusten in nutzbaren Strom umzuwandeln.

Für die von den Autoren genannten Anwendungen zielt der Ansatz auf Sensoren für das Internet der Dinge, Wearables, Sensoren für Smart Cities und 6G-Geräte, die ihre Energie aus Umgebungsquellen beziehen könnten. Der Ansatz deutet außerdem auf einen möglichen Weg hin, die grundlegenden Verluste herkömmlicher AC-DC-Gleichrichter zu verringern, also jener Schaltungen, die den Wechselstrom aus dem Netz oder aus einem Funksignal in den Gleichstrom umwandeln, den Elektronik benötigt. Ob dieser Gewinn außerhalb eines Fachartikels Bestand hat, ist der nächste Test. Dafür ist bisher kein Zeitplan festgelegt.