Es tiempo de las baterías cuánticas, o por lo menos, de iniciar los planes para algún día alcanzarlas, dicen estos científicos chinos
Un equipo de científicos de China ha comenzado a trabajar en la base teórica de la batería cuántica del futuro, dispositivos que aprovecharán las propiedades físicas de los átomos para retener más energía y de mejor forma que las clásicas, cuya base son las reacciones electroquímicas.
Antes conviene hacer una precisión. En estricto sentido, una batería no almacena electricidad sino energía potencial, un concepto físico que define la capacidad de un sistema de realizar un trabajo. Desde las de litio, que usan los teléfonos celulares, hasta las más extrañas, basadas en gravedad y edificios, las “pilas” retienen energía potencial para ponerla a disposición cuando se requiere ejecutar una acción (generalmente, encender un aparato eléctrico/electrónico).
Las pilas utilizadas en controles remotos o mandos de consola, por ejemplo, almacenan energía química que, al conectarse a un circuito, se transforma en energía eléctrica. Se “agotan” porque toda su energía potencial fue liberada hacia el medio.
¿Qué es una batería cuántica?
En teoría, una batería cuántica sigue el mismo principio de preservación de energía potencial. Sin embargo, en lugar de recurrir a procesos químicos, almacena energía elevando los estados de partículas (como átomos) a estados excitados. En otras palabras, uno o más electrones de un átomo pueden “absorber” energía y orbitales de mayor energía si se conecta un “cargador”. Ese “extra” de potencia queda almacenado en su configuración electrónica y puede liberarse posteriormente, por ejemplo, en forma de fotón.
También, al igual que las computadoras cuánticas, estas baterías hacen uso de fenómenos propios de la mecánica cuántica como la superposición, entrelazamiento y coherencia. Esto les confiere ventajas frente a las baterías convencionales, como mayor potencia de carga, capacidad y eficiencia en la extracción de trabajo e incluso un tamaño reducido.
Una batería cuántica todavía no es viable. Los científicos se han encontrado con importantes barreras para su construcción, como la pérdida de energía y la interferencia que, en conjunto, borran cualquier supercapacidad que pueda atribuirse la pila.
La topología al rescate
Los investigadores del Centro RIKEN de Computación Cuántica y de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, China, sostienen que la clave para desarrollar estas baterías revolucionaras radica en la topología, otro concepto matemático excéntrico que estudia las propiedades de los sistemas que permanecen invariantes a las transformaciones continuas.
El equipo realizó un análisis teórico para demostrar el diseño eficiente de una batería cuántica topológica que usa guías de ondas fotónicas y efectos cuánticos de átomos en dos niveles. De acuerdo con el reporte publicado en Physical Review Journals, este trabajo ofrece una guía para optimizar el rendimiento de las baterías cuánticas en condiciones realistas.
Entre los hallazgos principales, identificaron una forma de transferir energía de manera casi perfecta aprovechando las propiedades topológicas de las guías de onda fotónica, y encontraron configuraciones que hacen que el sistema sea inmune a la disipación (la pérdida de energía útil durante los ciclos de carga y descarga).
“Nuestra investigación aporta nuevos conocimientos desde una perspectiva topológica y nos da pistas para la creación de dispositivos de almacenamiento de microenergía de alto rendimiento. Al superar las limitaciones prácticas de rendimiento de las baterías cuánticas causadas por la transmisión y disipación de energía a larga distancia, esperamos acelerar la transición de la teoría a la aplicación práctica de las baterías cuánticas”, dijo Zhi-Guang Lu, primer autor del estudio.
Fuente: wired.com
