Las baterías cuánticas prometen revolucionar el almacenamiento de energía

Los científicos están imaginando nuevas formas de almacenar energía en prácticos dispositivos portátiles, basándose en un extraño fenómeno cuántico que “tuerce” el tiempo, entre otros sucesos inusuales. Las baterías que aprovechan estos fenómenos cuánticos para obtener, distribuir y almacenar energía prometen superar las capacidades y la utilidad de las baterías químicas convencionales, concretamente en determinadas aplicaciones de baja potencia.

Un grupo internacional de investigadores, liderados por la Universidad de Tokio, en Japón, aprovecharon un novedoso proceso cuántico que ignora la noción convencional de causalidad para mejorar el rendimiento de las denominadas baterías cuánticas, acercando un poco más esta tecnología en desarrollo a la realidad. Con este sistema es posible utilizar varios cargadores al mismo tiempo, sin la necesidad de seguir un orden secuencial.

Múltiples cargadores en simultáneo

En el mundo clásico o convencional, si se intentara cargar una batería usando dos cargadores habría que hacerlo en secuencia, limitando el tiempo disponible y las opciones posibles pata el almacenamiento de energía. Sin embargo, al aprovechar un efecto cuántico llamado orden causal indefinido (ICO), los investigadores han abierto la posibilidad de cargar baterías cuánticas de una manera claramente poco tradicional.

Según una nota de prensa, en el nuevo escenario pueden existir simultáneamente varios cargadores dispuestos en diferentes órdenes, formando una superposición cuántica. Este concepto indica que en el mundo cuántico un objeto puede poseer simultáneamente dos o más valores de una cantidad observable, como en el ejemplo de la paradoja del “gato de Schrödinger”, que está vivo y muerto al mismo tiempo hasta que la caja se abra.

Aunque los ordenadores cuánticos suelen acaparar los titulares cuando se habla de nuevas tecnologías relacionadas con el mundo subatómico, otras alternativas también merecen atención. Es el caso de las baterías cuánticas, que presentan un potencial inexplorado para soluciones energéticas sostenibles, tanto en dispositivos electrónicos como en una posible integración futura en vehículos eléctricos.

Los especialistas creen que estos nuevos accesorios están preparados para encontrar un uso muy eficiente en diversas aplicaciones portátiles y de bajo consumo, especialmente cuando las oportunidades de recargar son escasas. "Las baterías actuales para dispositivos de baja potencia, como smartphones o sensores, normalmente utilizan productos químicos como el litio para almacenar carga, mientras que una batería cuántica emplea partículas microscópicas como conjuntos de átomos", indicó en el comunicado el científico Yuanbo Chen, uno de los autores del nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Physical Review Letters.

Rompiendo el orden clásico del tiempo

“Las baterías químicas se rigen por las leyes clásicas de la física, pero las partículas microscópicas son de naturaleza cuántica, por lo que tenemos la oportunidad de explorar formas de usarlas que dobleguen o incluso rompan nuestras nociones intuitivas de lo que sucede a pequeña escala. En concreto, nos hemos centrado en la forma en que las partículas cuánticas pueden funcionar para violar una de nuestras experiencias más fundamentales, la del tiempo”, agregó Chen.

Los métodos anteriores para cargar una batería cuántica implicaban una serie de etapas de carga una tras otra, aunque se utilizaran múltiples cargadores. Sin embargo, el nuevo esquema bajo el orden causal indefinido o ICO rompe la causalidad tradicional, sin que sea necesario que las cargas se realicen de manera secuencial: es posible cargar las baterías con múltiples cargadores al mismo tiempo y en diversos órdenes, optimizando la eficiencia y la rapidez del proceso.

El nuevo concepto podría encontrar usos más allá de cargar una nueva generación de dispositivos de bajo consumo, ya que se han demostrado enormes ganancias tanto en la energía almacenada en el sistema como en la eficiencia térmica. De esta manera, estas nuevas baterías cuánticas podrían mejorar el desempeño de otras tareas que involucran termodinámica o procesos que están relacionados con la transferencia de calor, como por ejemplo en el caso de los paneles solares.

Referencia

Charging Quantum Batteries via Indefinite Causal Order: Theory and Experiment. Gaoyan Zhu, Yuanbo Chen, Yoshihiko Hasegawa and Peng Xue. Physical Review Letters (2023). DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.240401