Bateria quântica: Carregamento tão rápido quanto encher o tanque de gasolina

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/03/2022

Empregar o carregamento quântico levaria a uma aceleração de 200 vezes na recarga de um carro elétrico, o que significa que o tempo de carregamento seria reduzido de 10 horas para cerca de 3 minutos (em casa) ou de 30 minutos para 9 segundos em uma estação de carregamento.
[Imagem: Institute for Basic Science]

Vantagem de carregamento quântico

Nos últimos anos, várias equipes de físicos trabalharam para demonstrar que uma bateria quântica pode recarregar-se quase instantaneamente, eliminando um dos grandes gargalos da eletrificação dos transportes, que mantém os carros elétricos na tomada por horas.

Tirando proveito de fenômenos como o entrelaçamento quântico, torna-se possível acelerar enormemente o processo de carregamento da bateria carregando todas as células simultaneamente, de maneira coletiva.

Isto é particularmente interessante dado que as baterias modernas de grande capacidade têm muitas células - esse carregamento coletivo não é possível em baterias clássicas, onde as células são carregadas em paralelo, independentemente umas das outras.

A vantagem desse carregamento coletivo versus paralelo pode ser medida pela razão chamada "vantagem de carregamento quântico", uma versão para as baterias da famosa supremacia quântica dos computadores.

Conforme os estudos se aprofundaram no tema, os físicos perceberam que pode haver duas possíveis fontes por trás dessa vantagem quântica das baterias: A "operação global", em que todas as células conversam com todas as outras simultaneamente, e o "acoplamento de todos para todos", em que cada célula pode conversar com qualquer uma das outras, mas com apenas uma de cada vez.

No entanto, ainda não estava claro se essas duas fontes são necessárias e se existem limites para a velocidade de carregamento que pode ser alcançada.

Foi esta questão que agora foi solucionada por um trio de físicos do Instituto de Ciências Básicas, da Coreia do Sul.

Recarregamento quase instantâneo

Juyeon Kim e seus colegas demonstraram que o acoplamento tudo-para-todos é irrelevante nas baterias quânticas e que a presença de operações globais é o único ingrediente na vantagem quântica do recarregamento. O grupo foi além para identificar a fonte exata dessa vantagem, descartando quaisquer outras possibilidades e até mesmo fornecendo uma maneira explícita de projetar essas baterias.

Existem diversas tecnologias de bateria quântica ainda sendo discutidas.
[Imagem: Andrea Iorio]

Talvez ainda importante do ponto de vista prático, o grupo conseguiu quantificar com precisão quanta velocidade de carregamento pode ser alcançada nesse esquema: Enquanto a velocidade máxima de carregamento aumenta linearmente com o número de células nas baterias clássicas, as baterias quânticas que empregam a operação global podem atingir uma escala quadrática na velocidade de recarregamento.

Para ilustrar isso, considere um veículo elétrico típico, com uma bateria que contenha cerca de 200 células. Empregar o recarregamento quântico levaria a uma aceleração de 200 vezes na velocidade de recarga em relação às baterias clássicas, o que significa que o tempo de carregamento em casa seria reduzido de 10 horas para cerca de 3 minutos. Em estações de carregamento de alta velocidade, o tempo de carregamento seria reduzido de 30 minutos para meros segundos.

Fusão nuclear

Os pesquisadores afirmam que as consequências de sua pesquisa podem ser de longo alcance e que as implicações do recarregamento quântico podem ir muito além dos carros elétricos e dos aparelhos eletrônicos de consumo. Por exemplo, ele pode encontrar usos importantes em futuras usinas de energia de fusão nuclear, que exigem grandes quantidades de energia para serem carregadas e descarregadas em um instante.

É claro que as tecnologias quânticas ainda estão dando os primeiros passos, havendo um longo caminho a percorrer antes que estes métodos sejam implementados na prática.

Mas resultados de pesquisas como esta podem incentivar as agências de financiamento e as empresas a investir mais nessas tecnologias. As baterias quânticas, especificamente, têm potencial para revolucionar completamente a maneira como usamos a energia.

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