Una batería cuántica sin precedentes se carga más rápido cuando aumenta de tamaño, pero es minúscula y solo dura nanosegundos

(MENAFN- La Conversación) Llegas tarde a una cita importante. Justo cuando estás saliendo de casa, te das cuenta de que tu teléfono está sin batería.

Imagina que pudieras cargarlo casi instantáneamente aprovechando las extrañas reglas de la física cuántica. Esa es la promesa de las baterías cuánticas.

Mis colegas y yo en CSIRO hemos desarrollado los primeros prototipos de baterías cuánticas del mundo, y la dirección que ha tomado la tecnología es sorprendente.

Efectos cuánticos colectivos

Quizá hayas oído hablar de los peculiares efectos cuánticos de superposición y entrelazamiento, que permiten que objetos generalmente muy pequeños se comporten de manera muy extraña. También podrían permitir que las computadoras cuánticas resuelvan problemas que las computadoras convencionales no pueden.

Una característica extraña del mundo cuántico son los llamados “efectos colectivos”. Son los que confieren a las baterías cuánticas sus propiedades únicas.

Bajo las circunstancias adecuadas, las unidades de almacenamiento de las baterías cuánticas no actúan de forma individual, sino que se comportan de manera colectiva. En un giro contraintuitivo, esto significa que las unidades se cargan más rápido juntas que si se cargaran por separado.

Supongamos que tu batería cuántica tiene N unidades de almacenamiento, y que cada unidad tarda un segundo en cargarse. Los efectos colectivos significan que si todas las unidades se cargan al mismo tiempo, cada unidad solo tardará 1∕√N segundos en cargarse.

Esto significa que, cuanto más grande sea tu batería cuántica, menos tiempo tardará en cargarse. Si duplica su tamaño, la carga tomará un poco más de la mitad del tiempo.

Es como si cada unidad supiera de alguna manera que hay otras unidades alrededor, y su presencia hace que la unidad se cargue más rápido. ¿Extraño, verdad?

Esto es radicalmente diferente a cómo funcionan las baterías convencionales, donde las baterías más grandes generalmente tardan más en cargarse. Por eso, puede que tarde una hora en cargar tu teléfono móvil, pero tu coche eléctrico necesita toda la noche.

Construcción de una batería cuántica

La idea de una batería cuántica fue durante mucho tiempo solo una curiosidad teórica. Pero en 2018, me propuse demostrar que en realidad podían construirse.

En 2022, trabajando con colegas en Reino Unido e Italia, construimos un prototipo de batería cuántica usando una microcavidad orgánica, una especie de pequeño y complicado sándwich multicapa de varios materiales diferentes que atrapa la luz de una manera particular.

Y pudimos demostrar por primera vez el comportamiento exótico en el que las baterías cuánticas más grandes realmente tardan menos en cargarse.

De hecho, logramos demostrar que el tiempo de carga disminuye como 1∕√N, donde N era el número de moléculas en nuestra batería. Cuantas más moléculas incluíamos, más rápido se cargaba la batería, exactamente como predijo la teoría.

Una cosa que este primer prototipo no tenía era una forma de extraer la energía. Para ello, en nuestro estudio más reciente, publicado en la revista Light: Science & Applications, añadimos capas adicionales a nuestro dispositivo que convertían la energía en corriente eléctrica. Esto marca un paso importante hacia una batería cuántica práctica.

Aún hay progreso por hacer

Entonces, ¿por qué no vemos baterías cuánticas en las tiendas? Bueno, la capacidad de las baterías cuánticas todavía es muy pequeña (unos pocos mil millones de electronvoltios), y el tiempo que mantienen su carga es muy breve (unos pocos nanosegundos). Esto significa que las baterías cuánticas son demasiado pequeñas para alimentar dispositivos convencionales como tu teléfono móvil, al menos por ahora.

Pero las baterías cuánticas podrían ser perfectas para alimentar dispositivos cuánticos como las computadoras cuánticas. De hecho, las baterías cuánticas podrían ser la solución exacta que necesitan las computadoras cuánticas para funcionar a mayor escala y volverse prácticas.

Aunque todavía no tenemos baterías cuánticas prácticas, actualmente estamos trabajando en formas de ampliar el tamaño de nuestro prototipo y prolongar cuánto tiempo puede mantener su carga. Esperamos crear un diseño híbrido que combine la velocidad excepcional de carga de la batería cuántica con el largo tiempo de almacenamiento de la batería clásica.

El progreso que hemos logrado es un testimonio del siglo de trabajo teórico realizado por científicos cuánticos antes que nosotros.

La carga de la primera batería prototipo duró nanosegundos. El primer vuelo de los hermanos Wright duró un poco más. El progreso lleva tiempo, pero las baterías cuánticas ciertamente están en nuestro horizonte.