Las baterías cuánticas del futuro podrían cargarse rompiendo las leyes convencionales de causalidad, según ha demostrado una investigación.
Las baterías convencionales se cargan convirtiendo la energía eléctrica en energía química en una escala de un gran número de electrones.
Pero en un nuevo experimento de prueba de principio, los investigadores han demostrado cómo un extraño efecto cuántico puede llevar a que las baterías se carguen más rápido y con más eficiencia al mezclar causa y efecto, según una investigación del 14 de diciembre en la revista Cartas de revisión física.
La causalidad, o la relación entre causa y efecto, no siempre es sencilla en mecánica cuánticalas extrañas reglas que rigen el mundo de los muy pequeños.
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“Normalmente, si el evento A ocurre primero y causa el evento B, se supone que B a su vez no puede causar A al mismo tiempo”, coprimer autor. Yuanbo Chen, dijo a Live Science un físico de la Universidad de Tokio. “Sin embargo, los avances recientes en física teórica proponen que, en ciertos marcos, los escenarios en los que ‘A causa B’ y ‘B causa A’ podrían ser simultáneamente ciertos”.
El principio de superposición cuántica permite que las partículas existan en muchos estados diferentes a la vez, al menos hasta que son observadas y “escogen” un estado en el que aterrizar.
Cualquier propiedad de un objeto cuántico (como su impulso, ubicación o, en el famoso caso de El hipotético gato de Erwin Schrödinger, esté vivo o no) puede existir en superposición: una mezcla probabilística de todos los estados posibles que sólo colapsa en un resultado definido cuando se observa el objeto.
Esta comprensión ha llevado a los físicos a realizar todo tipo de experimentos extraños que contradicen nuestras nociones intuitivas de lo que debería ser posibleincluidos aquellos en los que una sola partícula puede existir y no existir en muchos lugares diferentes al mismo tiempo.
Pero la superposición no sólo afecta nuestro sentido intuitivo de espacio, también altera nuestro sentido de causalidad. En 2009, los físicos Usó un dispositivo llamado interruptor cuántico para observar un fenómeno llamado orden causal indefinido. Al enviar una partícula de luz, o un fotón, por un par de caminos divergentes, los físicos hicieron que se dividiera en dos posibles versiones de sí misma: una que siguió el primer camino y la otra el segundo.
Luego, dependiendo del camino que tomó el fotón, los físicos aplicaron dos procesos diferentes en un orden diferente según el camino. El resultado fue un fotón cuya causalidad se confundió: estaba en una superposición cuántica donde ambos órdenes de eventos eran verdaderos.
“Digamos que tenemos dos procesos: A y B”, dijo Chen. “Con un interruptor cuántico, puedes crear una superposición de (primero aplica A y luego B) y (primero aplica B y luego A)”.
Chen y sus colegas se preguntaron si podrían incorporar esto en una batería cuántica, un dispositivo propuesto que teóricamente podría almacenar la energía de los fotones y cargarse más rápido que las baterías electroquímicas convencionales.
Compararon tres métodos de carga: conectar dos cargadores a una batería de forma secuencial, simultánea o en una superposición que hacía imposible saber el orden de entrada.
Sus cálculos mostraron que el método de superposición permitiría que un cargador de baja potencia, causalmente codificado, entregara más energía de manera más eficiente que un cargador convencional de alta potencia.
Siguieron sus cálculos con un experimento de prueba de principio utilizando luz. Al enviar fotones a través de un interruptor cuántico con dos caminos posibles, los investigadores dividieron las partículas de luz en dos posibles versiones de sí mismas, cada una de las cuales recorre un camino diferente.
Luego, después de someter la luz a dos entradas que los polarizarían en un orden diferente (A, luego B o luego A) según el camino en el que se encontraban, los investigadores midieron la polarización al final y descubrieron que los fotones individuales habían sido causalmente revuelto.
Después de probar su protocolo, los científicos dicen que su próximo desafío es crear una batería cuántica física que pueda mantener una carga. Sin embargo, la primera evidencia experimental de una batería cuántica fue solo publicado el año pasadopor lo que es posible que no suceda pronto.
“Dada la situación actual caracterizada por esfuerzos experimentales limitados y exploración teórica en curso en el ámbito de las baterías cuánticas, es difícil estimar un cronograma preciso para lograr resultados concluyentes”, dijo Chen.