Baterias quânticas ganham esquema ainda mais eficiente de carregamento

Redação do Site Inovação Tecnológica - 08/03/2024

Uma troca de energia coerente e sem perdas entre a bateria quântica e o carregador é mediada pelo campo eletromagnético, permitindo a construção de uma bateria quântica de carregamento remoto e de vida virtualmente infinita.
[Imagem: Jun-Hong An]

Bateria futurística

Cientistas da China e dos EUA estão propondo um novo método para carregar uma bateria quântica de modo mais rápido e mais eficiente, usando canais de luz.

O objetivo é usar princípios fundamentais da mecânica quântica, como entrelaçamento e coerência, para superar as restrições da física clássica, alcançando maior carga, maior velocidade de recarregamento e maior eficiência em comparação com as baterias clássicas.

Entre as razões para tantas vantagens está que, graças aos efeitos quânticos, todas as células dessas baterias futurísticas poderão se recarregadas simultaneamente, eventualmente até driblando a lei de causa e efeito, o que lhes dará uma velocidade de recarregamento imbatível.

E Wan-Lu Song e seus colegas das universidades de Boston e Lanzhou acreditam que dá para melhorar ainda mais: Eles desenvolveram um esquema que usa vias de luz - seu nome técnico é guias de onda - para evitar a perda dos efeitos quânticos por decoerência e para vencer as limitações do recarregamento à distância.

Além disso, o esquema é mais prático do que outras propostas semelhantes - embora já tenham sido construídos protótipos de baterias quânticas funcionais, a quase totalidade das pesquisas na área ainda se limita ao campo teórico.

A bateria e o carregador ficam dentro do guia de ondas.
[Imagem: Wan-Lu Song et al. - 10.1103/PhysRevLett.132.090401]

Bateria quântica com guias de onda

O esquema consiste em usar dois sistemas de dois níveis, que são sistemas que têm dois níveis de energia - esses níveis de energia são normalmente representados como um estado fundamental e um estado excitado, ou energizado.

Um sistema é a própria bateria quântica e o outro é o carregador. Os processos de carregamento e troca de energia entre os dois são feitos estabelecendo um acoplamento coerente com outros sistemas de dois níveis ou campos externos - o acoplamento coerente é uma interação sincronizada e correlacionada entre esses sistemas quânticos, permitindo a transferência ou troca de energia.

Estas interações coerentes são frágeis e introduzem decoerência, o que, neste caso, equivaleria a uma perda de contato com a bateria. Essa desconexão pode ser causada por interações com o ambiente, o que é virtualmente impossível de se evitar, ou por uma distância não ideal entre a bateria e o carregador - perto demais e um interfere no outro; longe demais e a conexão perde a eficiência.

É aí que entram os guias de onda ocos retangulares propostos pela equipe. Um guia de ondas é uma estrutura que guia ondas, normalmente ondas eletromagnéticas, ao longo de um caminho específico. Ele atua como um canal para as ondas, confinando-as e direcionando-as para que viajem de forma controlada.

Colocar a bateria e o carregador dentro de um guia de ondas significa que os dois podem trocar energia sem contato direto, o que é uma novidade no campo das baterias quânticas. "O guia de ondas retangular de metal oco é usado para coletar e guiar o campo eletromagnético para mediar a transferência de energia entre a bateria quântica e o carregador," explicou o professor Jun-Hong An, coordenador da pesquisa.

"Uma mensagem para levar para casa do nosso trabalho é que as interconexões quânticas favorecidas pelo guia de ondas nos fornecem uma maneira útil de superar os desafios na realização prática da bateria quântica," concluiu o professor Jun-Hong.

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