Las pilas cuánticas rompen la causalidad
Una nueva forma de cargar baterías aprovecha el poder del "orden causal indefinido"
Las baterías que aprovechan fenómenos cuánticos para obtener, distribuir y almacenar energía prometen superar las capacidades y utilidad de las baterías químicas convencionales en determinadas aplicaciones de baja potencia. Por primera vez, investigadores como los de la Universidad de Tokio aprovechan un proceso cuántico poco intuitivo que prescinde de la noción convencional de causalidad para mejorar el rendimiento de las llamadas baterías cuánticas, acercando un poco más esta tecnología del futuro a la realidad.
Cuando se oye la palabra "cuántica", la física que rige el mundo subatómico, los avances en ordenadores cuánticos suelen acaparar los titulares, pero hay otras tecnologías cuánticas venideras a las que merece la pena prestar atención. Una de ellas es la batería cuántica que, aunque en principio de nombre desconcertante, encierra un potencial inexplorado para soluciones energéticas sostenibles y su posible integración en futuros vehículos eléctricos. No obstante, estos nuevos dispositivos están a punto de encontrar uso en diversas aplicaciones portátiles y de bajo consumo, especialmente cuando las oportunidades de recarga son escasas.
En la actualidad, las baterías cuánticas sólo existen como experimentos de laboratorio, e investigadores de todo el mundo trabajan en los distintos aspectos que se espera combinar algún día en una aplicación práctica y plenamente funcional. El estudiante de posgrado Yuanbo Chen y el profesor asociado Yoshihiko Hasegawa, del Departamento de Ingeniería de la Información y la Comunicación de la Universidad de Tokio, investigan la mejor manera de cargar una batería cuántica, y aquí es donde entra en juego el tiempo. Una de las ventajas de las baterías cuánticas es que deberían ser increíblemente eficientes, pero eso depende de la forma en que se carguen.
"Las baterías actuales para dispositivos de baja potencia, como teléfonos inteligentes o sensores, suelen utilizar sustancias químicas como el litio para almacenar la carga, mientras que una batería cuántica utiliza partículas microscópicas como matrices de átomos", explica Chen. "Mientras que las baterías químicas se rigen por las leyes clásicas de la física, las partículas microscópicas son de naturaleza cuántica, por lo que tenemos la oportunidad de explorar formas de utilizarlas que desvirtúen o incluso rompan nuestras nociones intuitivas de lo que ocurre a pequeña escala. Me interesa especialmente el modo en que las partículas cuánticas pueden funcionar para violar una de nuestras experiencias más fundamentales, la del tiempo".
En colaboración con el investigador Gaoyan Zhu y el profesor Peng Xue, del Centro de Investigación de Ciencias Computacionales de Pekín, el equipo experimentó con formas de cargar una batería cuántica utilizando aparatos ópticos como láseres, lentes y espejos, pero la forma en que lo consiguieron requería un efecto cuántico en el que los sucesos no están causalmente conectados como lo están las cosas cotidianas. Los métodos anteriores para cargar una batería cuántica requerían una serie de etapas de carga sucesivas. Sin embargo, en este caso, el equipo utilizó un novedoso efecto cuántico que denominan orden causal indefinido o ICO. En el ámbito clásico, la causalidad sigue un camino claro, lo que significa que si un suceso A conduce a un suceso B, queda excluida la posibilidad de que B cause A. Sin embargo, a escala cuántica, el ICO permite que existan ambas direcciones de la causalidad en lo que se conoce como superposición cuántica, donde ambas pueden ser ciertas simultáneamente.
"Con ICO demostramos que la forma de cargar una batería formada por partículas cuánticas puede afectar drásticamente a su rendimiento", explica Chen. "Vimos enormes ganancias tanto en la energía almacenada en el sistema como en la eficiencia térmica. Y de forma un tanto contraintuitiva, descubrimos el sorprendente efecto de una interacción que es la inversa de lo que cabría esperar: Un cargador de menor potencia podría proporcionar energías más altas con mayor eficiencia que un cargador comparativamente de mayor potencia utilizando el mismo aparato".
El fenómeno de ICO que exploró el equipo podría encontrar usos más allá de la carga de una nueva generación de dispositivos de baja potencia. Los principios subyacentes, incluido el efecto de interacción inversa descubierto aquí, podrían mejorar el rendimiento de otras tareas relacionadas con la termodinámica o los procesos que implican la transferencia de calor. Un ejemplo prometedor son los paneles solares, en los que los efectos del calor pueden reducir su eficiencia, pero ICO podría utilizarse para mitigarlos y, en su lugar, aumentar la eficiencia.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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