Investigadores liderados por CSIRO, en colaboración con la Universidad de Melbourne y RMIT, desarrollaron el primer prototipo funcional de una batería cuántica capaz de absorber y almacenar energía y posteriormente entregar corriente eléctrica.

Una de sus principales características es su velocidad de carga: el dispositivo puede cargarse completamente en femtosegundos, es decir, en una escala de tiempo de una cuatrillonésima de segundo.

El investigador James Quach, líder del proyecto, explicó que esta tecnología podría tener aplicaciones en sistemas que necesiten administrar energía de manera extremadamente rápida y precisa. Entre las posibilidades planteadas se encuentra su integración en una computadora cuántica para acelerar determinados procesos relacionados con el desarrollo de medicamentos.

También podría utilizarse en dispositivos móviles o vehículos. Quach señaló que, una vez que la tecnología alcance un mayor grado de madurez, podría incluso incorporarse a un dron para cargarlo durante el vuelo o a un vehículo que pueda recargarse mientras está en movimiento.

Un funcionamiento diferente al de las baterías convencionales

A diferencia de una batería tradicional, que utiliza reacciones electroquímicas para producir un flujo de electrones, la batería cuántica aprovecha fenómenos propios de la mecánica cuántica.

El dispositivo está construido alrededor de una microcavidad óptica, formada por dos pequeños espejos separados por apenas 100 nanómetros. En ese espacio se colocan moléculas de un tinte orgánico que son excitadas mediante un láser.

La interacción entre la luz y las moléculas genera estados híbridos de luz y materia. Este fuerte acoplamiento permite aprovechar un fenómeno conocido como superabsorción, mediante el cual las moléculas pueden actuar colectivamente en lugar de hacerlo de manera independiente.

Como resultado, la velocidad de absorción aumenta a medida que se incorporan más moléculas al sistema. En otras palabras, cuantas más moléculas participan, más rápidamente puede cargarse la batería.

Todavía está lejos de las aplicaciones cotidianas

Aunque el avance representa un paso importante, la tecnología todavía presenta limitaciones considerables.

El prototipo actual almacena una cantidad extremadamente pequeña de energía, del orden de unos pocos miles de millones de electronvoltios, y solo puede conservarla durante nanosegundos.

Por ese motivo, actualmente no puede utilizarse para alimentar computadoras portátiles, vehículos eléctricos u otros dispositivos convencionales. Para alcanzar esas aplicaciones sería necesario aumentar significativamente la cantidad de energía almacenada y conseguir que permanezca disponible durante períodos mucho más prolongados.

Además, las interacciones con el entorno pueden alterar los efectos cuánticos y reducir tanto el rendimiento como las posibilidades de ampliar la tecnología.

Quach aseguró que ya trabaja en un nuevo diseño y en un artículo científico destinado a presentar esos avances.

El papel del orden causal indefinido

Otro grupo de investigadores, en este caso de la Universidad de Tokio, también estudió el funcionamiento de las baterías cuánticas mediante un experimento de laboratorio realizado con láseres, lentes y espejos.

Su trabajo exploró un fenómeno denominado “orden causal indefinido” (ICO). Mediante un estado de superposición, el orden en que se realizan determinadas etapas de carga puede existir en más de una dirección simultáneamente.

Esto permite que procesos que normalmente deberían ejecutarse uno después del otro puedan operar de manera simultánea.

El investigador Yuanbo Chen explicó que las partículas cuánticas, como conjuntos de átomos, se comportan de una manera diferente a los sistemas químicos convencionales y pueden generar efectos que desafían nuestra percepción habitual de fenómenos como el tiempo.

Los experimentos mostraron que la forma en que se organiza el proceso de carga de una batería cuántica podría modificar de manera significativa su rendimiento.