Se ha construido una batería cuántica dentro de una computadora cuántica, un primer paso para determinar si dichas baterías podrían desempeñar un papel en el impulso de futuras tecnologías cuánticas.
Las baterías convencionales almacenan energía porque sus componentes sufren reacciones electroquímicas, pero las baterías cuánticas dependen de bits cuánticos, o qubits, que sufren cambios en sus estados cuánticos. Algunos estudios han demostrado que aprovechar la cuántica de esta manera puede dar como resultado una carga más rápida, pero la practicidad y utilidad de las baterías cuánticas siguen siendo interrogantes abiertos.
“Muchas tecnologías cuánticas futuras necesitarán sus versiones cuánticas de baterías”, dice Dian Tan del Laboratorio Nacional de Hefei en China. “Si bien se han logrado avances significativos en el desarrollo de la computación, la comunicación y la detección cuánticas, los mecanismos de almacenamiento de energía para estos sistemas cuánticos no se han explorado completamente”.
Tan y sus colegas construyeron una batería utilizando 12 qubits hechos de pequeños circuitos superconductores, cada uno de los cuales podían controlar con microondas. Cada qubit desempeñaba el papel de una celda de batería y también interactuaba con sus vecinos más cercanos.
Los investigadores pudieron controlar esas interacciones, por lo que experimentaron con dos protocolos de carga diferentes. Uno imitó cómo se cargan las baterías convencionales o clásicas, por lo que no utilizó estas interacciones cuánticas, pero el otro protocolo sí. El equipo descubrió que el uso de interacciones cuánticas entre los qubits hacía que la batería alcanzara más potencia en promedio y más rápidamente.
“La batería cuántica alcanza una potencia máxima que es hasta el doble que la potencia de carga clásica”, dice Alan Santos, miembro del equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España. Es importante que esto funcione con cada qubit interactuando solo con su vecino más cercano, dice, porque ese es el estándar para las computadoras cuánticas superconductoras, y diseñar más de estas interacciones ventajosas sería prácticamente difícil.
James Quach, de la Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth en Australia, dice que hasta ahora, en los experimentos de carga de baterías cuánticas se utilizaban, por ejemplo, moléculas en lugar de componentes de un dispositivo cuántico existente. Quach y sus colegas han teorizado previamente que las computadoras cuánticas alimentadas por baterías cuánticas podrían ser más eficientes y más fáciles de hacer más grandes, lo que las haría más poderosas. “Esta era una idea teórica que propusimos hace poco, pero el nuevo trabajo realmente podría usarse como base para impulsar futuras computadoras cuánticas”, dice.
Sin embargo, es difícil hacer comparaciones precisas entre las baterías convencionales y las cuánticas, afirma Dominik Šafránek de la Universidad Carolina de la República Checa. En su opinión, actualmente no existe una manera obvia de traducir las ventajas medidas de las baterías cuánticas en dispositivos inequívocamente útiles.
Kavan Modi, de la Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur, dice que para los qubits que interactúan sólo con su vecino más cercano, el trabajo matemático de su equipo ha demostrado que sólo puede haber ventajas de carga modestas, que podrían fácilmente ser anuladas por otras propiedades de las computadoras cuánticas de la vida real, como su ruido o su lento control de los qubits.
Al mismo tiempo, las computadoras cuánticas pueden terminar siendo mucho más costosas desde el punto de vista energético que las computadoras convencionales, por lo que estudiar cómo se puede mover la energía dentro de ellas puede convertirse en una necesidad si queremos construir computadoras cuánticas muy grandes, dice Modi.
Tan dice que ve el almacenamiento de energía para tecnologías cuánticas, como las computadoras cuánticas, como el caso de uso ideal para la batería cuántica de su equipo. Los investigadores ahora quieren combinar su batería con un motor térmico cuántico basado en qubits, que produciría energía que luego podría almacenarse en la batería, todo dentro de una computadora cuántica.
Temas:
computación cuántica/física cuántica