Han creado el primer prototipo funcional de batería cuántica, un dispositivo capaz de absorber energía más rápido cuanto más grande es y de entregar corriente eléctrica.

La batería cuenta con la capacidad de cargarse por completo en femtosegundos (cuatrillones de segundo).

Integrar un batería cuántica, por ejemplo, a un computador de este mismo tipo, podría acelerar el desarrollo de medicamentos. El líder del proyecto, el investigador James Quach, dijo en conversación con The Guardian que se podría instalar en un dron y cargarla mientras está en vuelo.

“Una vez que la tecnología madure… ya no sería necesario detener el coche en una gasolinera para cargarlo; se podría cargar sobre la marcha”, agregó.

Una batería cuántica sirve para cargar y descargar energía de una manera distinta a la de los sistemas habituales. Su utilidad aparece sobre todo en entornos donde un sistema necesita pulsos de energía muy rápidos o una administración extremadamente precisa.

En una batería convencional, la energía se obtiene mediante reacciones electroquímicas que sostienen el flujo de grandes cantidades de electrones a través del dispositivo alimentado.

El proyecto está liderado por CSIRO, la Organización de Investigación Científica e Industrial del Commonwealth, en colaboración con la Universidad de Melbourne y RMIT.

Cómo funciona la batería cuántica

La batería cuántica propuesta por Quach recurre a efectos de la mecánica cuántica en lugar de apoyarse en reacciones químicas. Ese cambio de principio físico es el que abre la posibilidad de una carga más rápida a medida que se agregan más unidades activas.

El dispositivo se basa en una microcavidad óptica formada por dos espejos diminutos separados por 100 nanómetros (328 pies), un espesor alrededor de mil veces menor que el de un cabello humano. En ese espacio, los investigadores colocan moléculas de un tinte orgánico y las excitan con un láser.

Con ese método, la luz y las moléculas pueden acoplarse con fuerza y formar estados híbridos de luz y materia. Ese acoplamiento potencia la absorción y el almacenamiento de energía mediante un fenómeno conocido como superabsorción.

La diferencia central con la física clásica es que las moléculas dejan de comportarse como unidades independientes y pueden actuar en conjunto. El efecto práctico es directo: la tasa de absorción crece con el número de moléculas, de modo que cuantas más participan, más rápido se carga el sistema.

La distancia respecto de una aplicación cotidiana sigue siendo grande. Por ahora, el dispositivo solo retiene una cantidad muy pequeña de energía, del orden de unos pocos miles de millones de electronvolts, y solo durante nanosegundos.

Esa limitación impide pensar en alimentar computadoras portátiles, vehículos eléctricos u otros aparatos de uso común. Para eso haría falta almacenar mucha más energía y conservarla durante lapsos mucho más largos.

Quach afirmó que ya avanzó en un nuevo diseño y que trabaja en un artículo científico para publicar esos resultados. Cabe agregar que las interacciones con el entorno pueden degradar los efectos cuánticos y reducir tanto el rendimiento como la posibilidad de escalar la tecnología.

Esta limitación ya había sido planteada por la Universidad de Tokio. Un equipo de esa institución realizó un experimento de laboratorio con láseres, lentes y espejos para recrear, a gran escala, el comportamiento de una batería cuántica.

“Una batería cuántica utiliza partículas microscópicas, como conjuntos de átomos”, explicó Yuanbo Chen, autor del estudio. “A diferencia de las baterías químicas, que obedecen las leyes clásicas de la física, estas partículas se rigen por la mecánica cuántica, lo que abre la puerta a usos que desafían —e incluso pueden quebrar— nuestras intuiciones sobre lo que ocurre a escalas muy pequeñas”.

En una carga convencional, el proceso suele dividirse en varias etapas que se ejecutan de manera consecutiva.

En este caso, los investigadores recurrieron a un fenómeno cuántico llamado “orden causal indefinido” (ICO): al llevar el sistema a un estado de superposición, el orden de los pasos puede existir en dos direcciones a la vez, haciendo posible que esas etapas operen de forma simultánea en lugar de secuencial.

Chen agregó que le interesa especialmente cómo las partículas cuánticas pueden poner en tensión una experiencia tan básica como la percepción del tiempo.

Con ICO, señaló, demostraron que el modo en que se carga una batería formada por partículas cuánticas podría modificar de manera drástica su rendimiento.