By kenna hughes-castleberry publicado el 01 de noviembre de 2022
Mientras el mundo sigue buscando fuentes de energía más baratas y limpias, una posible solución puede encontrarse en las baterías cuánticas. A diferencia de las baterías normales, expertos postulan que las baterías cuánticas aprovecharán enredo para cargar más rápido y también Desempeñar mejor. Sin embargo, desarrollar estas nuevas baterías no será nada fácil, el campo electromagnético añade complicaciones a la hora de intentar almacenar energía. Para superar este desafío, investigadores del Instituto de Ciencias Básicas de Corea (SII) uso un maser (el análogo de microondas de un láser) para sugerir una nueva plataforma para baterías cuánticas.
Desafíos en un campo electromagnético
En el desarrollo de baterías cuánticas, el campo electromagnético se convierte en un problema. Investigaciones anteriores han sugerido que si bien el campo electromagnético podría usarse para almacenar energía para la batería, existe la posibilidad de que el campo pueda absorber mucha más energía de lo que se necesita. Esencialmente, el proceso sería similar al de una computadora portátil que acepta muchos más cambios de los asignados. Dado que no existe ningún mecanismo para detener este proceso de carga, a muchos les preocupa que esto pueda retrasar significativamente el desarrollo de las baterías cuánticas.
Indique a los másers
Para intentar superar este problema, los investigadores del IBS colaboraron con el profesor asociado Giuliano Benenti de la Universidad de Insubria, Italia, para estudiar la dinámica cuántica dentro de un micromáser. Como explicó Benenti: “En un micromáser, se opera un máser en el que átomos individuales que atraviesan un resonador (una cavidad de alta calidad donde un fotón puede sobrevivir durante mucho tiempo) proporcionan una bomba eficiente”. En lugar de usar luz en un láser para estimular interacciones cuánticas, se usan microondas dentro de un máser para lograr el mismo efecto. Dentro de un modelo máser, el corriente de fotones interactúa con el campo electromagnético, lo que hace que almacene energía. “En el átomo sólo importan dos niveles”, añadió Benenti. “Con acoplamiento resonante con la cavidad (es decir, la diferencia de energía entre los dos niveles atómicos en unidades de la constante de Planck es igual a la frecuencia de las oscilaciones del campo electromagnético en la cavidad). Entonces el átomo actúa como un qubit. El mismo concepto se traslada ahora al estado sólido, con qubits superconductores acoplados al campo electromagnético como guía de ondas”.
Debido a la configuración específica, el campo electromagnético alcanza un estado estable, donde deja de absorber energía, permitiendo un punto de parada material del proceso de carga. Este estado estable también brinda a los investigadores una métrica de carga para usar al desarrollar un micromáser y reduce la posibilidad de sobrecarga. Gracias a la singularidad del estado estacionario, los investigadores descubrieron que estaba en un "estado puro", donde el micromaser no recordaba los qubits que se utilizaron durante la carga. Esto sugería que la energía almacenada en el campo electromagnético podría extraerse en cualquier momento, sin necesidad de realizar un seguimiento de los qubits utilizados en el proceso.
La posibilidad de las baterías cuánticas
Con una nueva plataforma potencial para baterías cuánticas, los investigadores tienen la esperanza de que otros puedan utilizar sus resultados para comenzar a desarrollar esta nueva tecnología. "En particular, la mecánica cuántica puede conducir a una mejora, con respecto a las baterías clásicas, en la cantidad de trabajo depositado por unidad de tiempo cuando las baterías N se cargan colectivamente", dijo Benenti. “Esta ventaja cuántica está ligada a la posibilidad de crear estados entrelazados de las baterías de N. En tecnologías futuras, las baterías cuánticas podrían ayudar a una gestión eficiente de la energía a nanoescala, un punto clave para el desarrollo de tecnologías cuánticas”. Benenti no sólo está entusiasmado con la nueva plataforma, sino que incluso sugiere una forma en que las empresas actuales de computación cuántica pueden utilizarla. “Una posible configuración podría ser una utilizada para prototipos de computadoras cuánticas (IBMQ, Google, Rigetti…) basado en qubits superconductores, acoplados a una guía de ondas (modo cavidad)”, añadió. Con los avances en este tipo de plataformas, las baterías cuánticas pueden convertirse en una realidad antes de lo esperado.
Kenna Hughes-Castleberry es redactora de Inside Quantum Technology y comunicadora científica en JILA (una asociación entre la Universidad de Colorado Boulder y el NIST). Sus ritmos de escritura incluyen tecnología profunda, metaverso y tecnología cuántica.
