Las baterías cuánticas podrían recargarse en un abrir y cerrar de ojos

Al aprovechar una propiedad extraña de la mecánica cuántica llamada entrelazamiento, las baterías cuánticas teóricamente podrían recargarse en un instante. Ahora, los científicos están avanzando para hacerlas realidad: de esta forma, la física cuántica podría hacer un aporte concreto para propiciar un mayor desarrollo de los vehículos eléctricos, entre otras aplicaciones. 

Distintas investigaciones realizadas por científicos de todo el mundo están indicando que la batería cuántica podría próximamente dejar de ser un concepto teórico para pasar a convertirse en una herramienta concreta. En uno de los nuevos estudios, un equipo de científicos dirigido por James Quach, de la Universidad de Adelaida, en Australia, ha logrado comprobar que el entrelazamiento cuántico permitiría desarrollar baterías que se cargarían casi instantáneamente. Los investigadores ya trabajan en un prototipo de batería cuántica completamente funcional.

Entrelazamiento energético

El extraño comportamiento de las partículas subatómicas podría ser la llave para solucionar uno de los grandes problemas de nuestro tiempo: la disponibilidad de energía y su almacenamiento en baterías, que cada vez son más empleadas en artefactos de uso cotidiano vital, como vehículos eléctricos, electrodomésticos y una extensa diversidad de dispositivos electrónicos e informáticos. Se espera que para 2040 la energía consumida por las personas haya aumentado un 28 % con respecto a los niveles de 2015.

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno sin equivalente en la física clásica, en el cual los estados cuánticos de dos o más objetos se deben describir mediante un estado único, que involucra a todos los objetos del sistema, incuso cuando los objetos están separados espacialmente. Según un

artículo

publicado en New Scientist, tanto el estudio liderado por Quach como otros publicados en 2022 sugieren que este particular fenómeno podría ser la base de una nueva generación de baterías cuánticas

. 

A partir de la aplicación práctica de este proceso, una batería cuántica podría cargarse mucho más rápido que cualquier dispositivo convencional. Un beneficio adicional, especialmente útil en los vehículos eléctricos, sería que cuanto más grande es una batería cuántica mejor funcionaría y más rápido se cargaría. Al parecer, un mundo de energía portátil ininterrumpida está cada vez más cerca de convertirse en realidad.

Liberación más rápida de la energía

¿Cómo funcionarían las baterías cuánticas? Una batería es cualquier cosa que pueda almacenar energía, como por ejemplo el resorte de cuerda de un juguete. Sin embargo, estamos acostumbrados a relacionar el concepto únicamente con las baterías electroquímicas que se emplean en toda clase de dispositivos en la actualidad, en las cuales la energía “reprimida” de electrones e iones comienza a fluir y se transforma en electricidad cuando activamos el sistema.  

En una batería cuántica, este proceso se llevaría a cabo mediante cúbits, que básicamente son cualquier cosa que pueda existir en una superposición de diferentes estados a la vez, como electrones, iones, moléculas o pulsos de luz. Una batería cuántica no sería mejor que una convencional por la cantidad total de energía extraíble, sino que el entrelazamiento cuántico podría mejorar la rapidez con la que se puede cargar una batería. De hecho, los investigadores verificaron que el tiempo de carga de una

batería cuántica

es inversamente proporcional al número de cúbits entrelazados: mientras más grande sea la batería, más rápido se cargará.

Según una

nota de prensa

, el equipo de Quach desarrolló un experimento en el cual se construyeron varias microcavidades en forma de oblea de diferentes tamaños, que contenían distintos números de moléculas orgánicas, que en este caso cumplirían la función de cúbits. Cada uno se cargó con un láser: a medida que aumentaba el tamaño de la microcavidad y el número de moléculas o cúbits, el tiempo de carga disminuía.

Esto se produce porque al trabajar en conjunto, los cúbits pueden recorrer una ruta más plana, rápida y directa desde un estado de baja energía o reposo hacia el estado de alta energía o cargado. A partir de la demostración de este concepto, denominado superabsorción, los investigadores ya están desarrollando una batería cuántica en forma de prototipo, que podría ser el inicio de una revolución en el área de la energía, la informática y múltiples rubros de la industria. 

Referencias

Superabsorption in an organic microcavity: Toward a quantum battery

. James Q. Quach et al. Science Advances (2022). DOI:

https://doi.org/10.1126/sciadv.abk3160

Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive without Global Operations

. Ju-Yeon Gyhm, Dominik Šafránek and Dario Rosa. Physical Review Letters (2022). DOI:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.140501

IBM Quantum Platforms: A Quantum Battery Perspective

. Giulia Gemme et al. Batteries (2022). DOI:

https://doi.org/10.3390/batteries8050043