Bateria quântica armazena energia em campos eletromagnéticos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/08/2022

O maser garante que a bateria quântica tenha uma "bóia" indicando quando ela atingiu sua capacidade total (direita). Sem isso, ela carrega até explodir (esquerda).
[Imagem: IBS]

Baterias quânticas

Recentemente, pesquisadores da Coreia do Sul demonstraram que as baterias quânticas terão uma velocidade de carregamento imbatível porque, graças aos efeitos quânticos, todas as células dessas baterias futurísticas serão carregadas simultaneamente.

Apesar desses avanços, as realizações experimentais de baterias quânticas ainda são escassas - a primeira bateria quântica foi apresentada em 2020, mas ainda se parece com o sistema de qubits supercondutores de um computador quântico.

E há um outro problema: Embora possa armazenar uma quantidade enorme de energia, se você mantiver o fluxo de carregamento ligado, a bateria quântica vai continuar armazenando energia, já que não há um mecanismo para parar o carregamento, o que é extremamente arriscado - compare isto com esquecer seu celular ligado ao carregador e a bateria não parar nos 100%!

Para superar esse inconveniente e permitir que as baterias quânticas avancem rumo ao uso prático, Vahid Shaghaghi e seus colegas da Coreia do Sul e da Itália se voltaram para um sistema mecânico quântico muito estudado no passado: o micromaser.

Micromaser

Maser é a versão de micro-ondas do laser, sendo a sigla em inglês para "amplificação de micro-ondas por emissão estimulada de radiação". O maser é considerado o pai do laser, mas um maser de temperatura ambiente só foi criado há 10 anos.

Em termos mais genéricos, é um sistema onde um feixe de átomos é usado para bombear fótons para uma cavidade. Isso o torna muito similar a um dos modelos de bateria quântica, em que a energia fornecida por um laser é armazenada no campo eletromagnético, que é carregado por um fluxo de qubits interagindo sequencialmente com ele. Ou seja, um micromaser pode funcionar como uma bateria quântica.

E, melhor do que isso, o micromaser não sofre do problema de "carregamento infinito" - que só é infinito enquanto não exploda. Isto porque o campo eletromagnético atinge rapidamente uma configuração final (tecnicamente chamada de estado estacionário), cuja energia pode ser determinada e decidida a priori na construção do micromaser. Isto garante proteção contra os riscos de sobrecarga.

Uma outra abordagem para construir uma bateria quântica envolve um fenômeno chamado superabsorção.
[Imagem: University of Adelaide]

Rumo à prática

Shaghaghi e seus colegas também demonstraram que a configuração final do campo eletromagnético fica em um estado puro, o que significa que ele não traz memória dos qubits que foram usados durante o carregamento.

Isto é crucial em uma bateria quântica prática porque garante que toda a energia armazenada na bateria possa ser extraída e utilizada sempre que necessário, sem a necessidade de acompanhar os qubits utilizados durante o processo de carregamento.

Por fim, a equipe demonstrou que um micromaser funcionando como bateria é um sistema robusto que não é destruído pela alteração dos parâmetros de construção - isso é essencial ao se tentar construir uma bateria quântica real, uma vez que as imperfeições no processo de construção são inevitáveis.

Tendo demonstrado toda a bateria, a equipe agora está trabalhando para comparar e testar experimentalmente o desempenho de diferentes abordagens para a construção de uma bateria quântica baseada em micromaser.

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