Avanço quântico radical pode carregar baterias em um piscar de olhos: WebCuriosos
As baterias baseadas na natureza ondulatória das partículas carregadas poderiam revolucionar o armazenamento de energia, potencialmente acumulando mais energia em um ritmo mais rápido do que as células eletroquímicas convencionais poderiam esperar conseguir.
Um novo protocolo desenvolvido por uma equipe de físicos da Universidade Nacional Cheng Kung poderia transformar os princípios básicos de um carregamento rápido bateria quântica em um sistema prático, demonstrando maneiras como a superposição de uma bateria pode ser usada para armazenar energia de forma rápida e eficiente.
Fundamental para a física quântica é o princípio de que todos os pedaços de matéria têm uma identidade ondulatória que se espalha pelo espaço e pelo tempo.
Por mais contraintuitivo que seja para a nossa experiência da realidade, estas ondas representam as propriedades de um objeto – seja ele um eletrão, uma molécula, um gato ou um planeta inteiro – como um espectro de possibilidades referido como a sua superposição.
Nos últimos anos, os pesquisadores têm ponderado se um ou mais objetos em uma superposição algo em comum com o zíper caótico e o salto do material aquecido em um motor. Explorar esse fenômeno quântico poderia até fornecer novas maneiras de transferir e reter energia.
É uma boa ideia em termos de conceito, mas transformar a teoria por trás dos motores térmicos quânticos em um dispositivo funcional requer a identificação de processos adequados que não desperdicem muita energia.
Os pesquisadores avaliaram experimentalmente duas abordagens para usar a superposição de uma partícula para carregar uma bateria quântica hipotética e determinar se seu estado difuso está de fato transferindo energia.
No lugar de uma bateria real, a equipe simplesmente usou um íon preso em um estado de superposição conhecido como qubit, que pode ganhar energia à medida que passa por um espaço reflexivo que restringe os tipos de ondas que passam.
Enviando o íon através de um dispositivo que divide sua onda em dois feixes, a equipe comparou a capacidade da bateria de armazenar energia à medida que ondas separadas passavam por vários pontos de entrada em uma única cavidade e depois em múltiplas cavidades.
Eles não apenas descobriram que a superposição de íons realmente pode permitir um carregamento eficiente, mas também descobriram que a abordagem de 'muitas portas, um cômodo' induziu um efeito de interferência que poderia teoricamente levar ao que eles chamam de “fenômeno de carregamento perfeito”, que permite uma conversão completa de energia armazenada para funcionar a partir da bateria quântica em qualquer ponto do processo de carregamento.
Eles também demonstraram que o processo é escalável, com o efeito de interferência persistindo mesmo ao enviar mais de um qubit pela cavidade.
Ao realizar o processo no Plataforma IBM Quantum e o hardware quântico do IonQ, a equipe demonstrou uma prova de conceito para seu protocolo, mostrando que um sistema semelhante poderia ter o potencial de ser uma forma energeticamente eficaz de carregar e extrair energia rapidamente de um sistema quântico.
Embora um qubit possa simular a física fundamental, novos métodos serão necessários para transformar o protocolo em algo mais prático e semelhante a uma bateria, o que significa que demorará um pouco até que você recarregue seu ciclomotor elétrico em um piscar de olhos.
Ainda assim, a experiência mostra que não há nada nas leis da física que diga que não podemos explorar a paisagem quântica para armazenamento de energia de longa duração e carregamento rápido.
À medida que o mundo se afasta dos combustíveis fósseis e procura cada vez mais formas de armazenar energia eléctrica gerada por recursos renováveis, baterias robustas que possam absorver e reter rapidamente quantidades significativas de energia tornar-se-ão cada vez mais importantes.
Esta pesquisa foi publicada em Pesquisa de revisão física.