Llegas tarde a una cita importante. Justo cuando sales de casa, te das cuenta de que tu teléfono está descargado.
Imagina que pudieras cargarlo casi instantáneamente aprovechando las extrañas reglas de la física cuántica. Ésa es la promesa de las baterías cuánticas.
Mis colegas y yo en CSIRO hemos desarrollado los primeros prototipos de batería cuántica del mundo y la dirección que ha tomado la tecnología es sorprendente.
Efectos cuánticos colectivos
Es posible que haya oído hablar de los peculiares efectos cuánticos de la superposición y el entrelazamiento, que permiten que objetos, en su mayoría muy pequeños, se comporten de manera muy extraña. También podrían permitir que las computadoras cuánticas resuelvan problemas que las computadoras convencionales no pueden resolver.
Una característica extraña del mundo cuántico son los llamados “efectos colectivos”. Son los que confieren a las baterías cuánticas sus propiedades únicas.
En las circunstancias adecuadas, las unidades de almacenamiento de las baterías cuánticas no actúan individualmente, sino colectivamente. En un giro contrario a la intuición, esto significa que las unidades se cargan más rápido juntas que si estuvieran cargando solas.
Digamos que su batería cuántica tiene N unidades de almacenamiento y cada unidad tarda un segundo en cargarse. Los efectos colectivos significan que si todas las unidades se cargan a la vez, cada unidad tardará sólo 1∕√N segundos en cargarse.
Esto significa que cuanto más grande sea su batería cuántica, menos tiempo tardará en cargarse. Si duplica su tamaño, la carga tardará un poco más de la mitad.
Es como si cada unidad supiera de alguna manera que hay otras unidades alrededor y su presencia hace que la unidad cargue más rápido. Extraño, ¿verdad?
Esto es radicalmente diferente de cómo funcionan las baterías convencionales, donde las baterías más grandes suelen tardar más en cargarse. Por eso, puede que tardes una hora en cargar tu teléfono móvil, pero tu coche eléctrico necesita toda la noche.
Construyendo una batería cuántica
La idea de una batería cuántica fue durante mucho tiempo sólo una curiosidad teórica. Pero en 2018, me propuse demostrar que realmente se podían construir.
En 2022, en colaboración con colegas del Reino Unido e Italia, construimos un prototipo de batería cuántica utilizando una microcavidad orgánica, una especie de sándwich multicapa diminuto y complicado de varios materiales diferentes que atrapa la luz de una manera particular.
Y pudimos mostrar por primera vez el comportamiento exótico en el que las baterías cuánticas más grandes realmente tardan menos en cargarse.
De hecho, pudimos demostrar que el tiempo de carga disminuye con 1∕√N, donde N era el número de moléculas de nuestra batería. Cuantas más moléculas incluyéramos, más rápido se cargaría la batería, exactamente como lo había predicho la teoría.
Una cosa que este primer prototipo no tenía era una forma de extraerle energía. Para hacer esto, en nuestro último estudio, publicado en la revista Light: Science & Applications, agregamos capas adicionales a nuestro dispositivo que convertían la energía en corriente eléctrica. Esto marca un paso importante hacia una batería cuántica práctica.
Aún quedan avances por hacer
Entonces, ¿por qué no vemos baterías cuánticas en las tiendas?
Bueno, la capacidad de las baterías cuánticas es todavía pequeña (unos pocos miles de millones de electronvoltios) y el tiempo que mantienen su carga es fugazmente corto (unos pocos nanosegundos). Esto significa que las baterías cuánticas son demasiado pequeñas para alimentar dispositivos convencionales como un teléfono móvil, al menos por ahora.
Pero las baterías cuánticas podrían ser perfectas para alimentar dispositivos cuánticos como las computadoras cuánticas. De hecho, las baterías cuánticas podrían ser la solución exacta que las computadoras cuánticas necesitan para funcionar a escalas mayores y volverse prácticas.
Si bien todavía no tenemos baterías cuánticas prácticas, actualmente estamos trabajando en formas de aumentar el tamaño de nuestro prototipo y extender el tiempo que puede mantener su carga. Esperamos crear un diseño híbrido que combine la excepcional velocidad de carga de la batería cuántica con el largo tiempo de almacenamiento de la batería clásica.
El progreso que hemos logrado es un testimonio del siglo de trabajo teórico realizado por los científicos cuánticos que nos precedieron.
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La carga de la batería de nuestro primer prototipo duró nanosegundos. El primer vuelo en avión de los hermanos Wright duró un poco más. El progreso lleva tiempo, pero las baterías cuánticas ciertamente están en nuestro horizonte.
James Quach, líder científico, equipo de baterías cuánticas, CSIRO
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.