Uma Bateria Quântica Primeira Desenvolvida no Mundo Carrega Mais Rápido Quando Fica Maior Mas É Minúscula E Dura Apenas Nanossegundos

(MENAFN- The Conversation) Estás atrasado para um compromisso importante. Justo quando estás a sair de casa, percebes que o teu telemóvel está sem bateria.

Imagina que pudesses carregá-lo quase instantaneamente explorando as estranhas regras da física quântica. Essa é a promessa das baterias quânticas.

Os meus colegas e eu, do CSIRO, desenvolvemos os primeiros protótipos de baterias quânticas do mundo – e a direção que a tecnologia tomou é surpreendente.

Efeitos quânticos coletivos

Já ouviste falar dos efeitos quânticos peculiares de superposição e entrelaçamento, que permitem que objetos geralmente muito pequenos se comportem de forma muito estranha. Eles também podem permitir que computadores quânticos resolvam problemas que os computadores convencionais não conseguem.

Uma característica estranha do mundo quântico é o que se chama de “efeitos coletivos”. São eles que conferem às baterias quânticas as suas propriedades únicas.

Sob as condições certas, as unidades de armazenamento das baterias quânticas não atuam individualmente, mas comportam-se de forma coletiva. Numa reviravolta contra a intuição, isso significa que as unidades carregam-se mais rápido juntas do que se estivessem a carregar sozinhas.

Vamos supor que a tua bateria quântica tenha N unidades de armazenamento, e que cada unidade leva um segundo a carregar-se. Os efeitos coletivos significam que, se todas as unidades forem carregadas ao mesmo tempo, cada uma levará apenas 1∕√N segundos a carregar-se.

Isto significa que quanto maior for a tua bateria quântica, menos tempo ela levará a carregar-se. Se duplicar de tamanho, o carregamento levará pouco mais da metade do tempo.

É como se cada unidade soubesse, de alguma forma, que há outras unidades por perto, e a presença delas faz a unidade carregar-se mais rápido. Estranho, não é?

Isto é radicalmente diferente do funcionamento das baterias convencionais, onde baterias maiores normalmente demoram mais a carregar. Por isso, pode levar uma hora a carregar o telemóvel, mas o teu carro elétrico precisa de toda a noite.

Construção de uma bateria quântica

A ideia de uma bateria quântica foi durante muito tempo apenas uma curiosidade teórica. Mas, em 2018, decidi demonstrar que elas podiam realmente ser construídas.

Em 2022, trabalhando com colegas do Reino Unido e Itália, construímos um protótipo de bateria quântica usando uma microcavidade orgânica – um tipo de sanduíche minúsculo e complicado de várias camadas de diferentes materiais que aprisiona a luz de uma forma específica.

E conseguimos mostrar, pela primeira vez, o comportamento exótico de que baterias quânticas maiores realmente levam menos tempo a carregar.

Na verdade, conseguimos demonstrar que o tempo de carregamento diminui como 1∕√N, onde N era o número de moléculas na nossa bateria. Quanto mais moléculas incluíamos, mais rápido carregava a bateria – exatamente como a teoria previa.

Uma coisa que este primeiro protótipo não tinha era uma forma de extrair a energia dele. Para isso, no nosso estudo mais recente, publicado na revista Light: Science & Applications, adicionámos camadas extras ao nosso dispositivo que convertiam a energia em corrente elétrica. Este é um passo importante rumo a uma bateria quântica prática.

Progresso ainda por fazer

Então, por que é que ainda não vemos baterias quânticas nas lojas? Bem, a capacidade das baterias quânticas ainda é muito pequena (alguns bilhões de elétron-volts), e o tempo que mantêm a carga é brevíssimo (algumas nanosegundos). Isso significa que as baterias quânticas são demasiado pequenas para alimentar dispositivos convencionais, como o teu telemóvel, pelo menos por agora.

Mas as baterias quânticas podem ser perfeitas para alimentar dispositivos quânticos, como computadores quânticos. De fato, as baterias quânticas podem ser a solução exata que os computadores quânticos precisam para funcionar em escalas maiores e tornarem-se práticos.

Embora ainda não tenhamos baterias quânticas práticas, estamos atualmente a trabalhar em formas de aumentar o tamanho do nosso protótipo e prolongar o tempo que consegue manter a carga. Esperamos criar um design híbrido que combine a velocidade de carregamento excepcional da bateria quântica com o longo tempo de armazenamento da bateria clássica.

O progresso que fizemos é um testemunho do século de trabalho teórico realizado pelos cientistas quânticos antes de nós.

A carga da nossa primeira bateria protótipo durou nanosegundos. A primeira viagem de avião dos irmãos Wright durou pouco mais. O progresso leva tempo – mas as baterias quânticas estão certamente no nosso horizonte.