Bateria quântica pode ser carregada sem um campo externo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/12/2024

Este gráfico mostra um esboço do processo de carregamento da bateria quântica sem campo externo: O parâmetro delta varia ao longo do tempo e então retorna a 0, alterando a força das interações entre os spins vizinhos. A bateria carrega durante o intervalo de tempo [0,t], quando o parâmetro de dimerização muda.
[Imagem: Riccardo Grazi et al. - 10.1103/PhysRevLett.133.1970]

Bateria quântica

Tem havido um interesse crescente em sistemas alternativos de armazenamento de energia que se baseiam nos princípios da mecânica quântica. Esses sistemas, conhecidos como baterias quânticas, têm potencial para serem mais eficientes e mais compactos do que as tecnologias das baterias convencionais. Outra grande vantagem é que eles alcançam tempos de carregamento extremamente rápidos.

Riccardo Grazi e colegas da Universidade de Gênova, na Itália, demonstraram agora um potencial inesperado das baterias quânticas justamente no quesito recarregamento.

A equipe demonstrou que é possível recarregar uma bateria quântica apenas mexendo em seus parâmetros internos, sem a necessidade de nenhum campo eletromagnético externo - sim, dá para recarregar a bateria quântica sem plugá-la na tomada.

Essa aparente mágica se deve à manipulação da cadeia de spins das partículas que formam a bateria.

"Nossa bateria quântica pode ser vista como a intercalação de duas coleções de spins 1/2, os sistemas quânticos mais simples possíveis," explicou o professor Dario Ferraro. Contudo, a equipe conseguiu estender esse sistema básico de uma bateria quântica de spin para um regime com um número muito grande de elementos, algo que nenhuma equipe havia conseguido até agora. E foi aí que veio a surpresa.

"Ao mudar adequadamente a interação entre os elementos das duas cadeias, por exemplo deslocando uma em relação à outra, torna-se possível capturar energia na bateria quântica de forma estável," contou Ferraro.

• Baterias quânticas recarregam melhor contornando lei de causa e efeito

Algumas abordagens das baterias quânticas armazenam a energia em campos eletromagnéticos, enquanto outras usam um fenômeno chamado superabsorção.
[Imagem: University of Adelaide]

Bateria que recarrega sem carga externa

Os pesquisadores avaliaram seu novo design de bateria quântica de spin e o protocolo de carregamento em uma série de testes iniciais. Os resultados são altamente promissores e destacam a robustez do método de carregamento proposto, que não requer grande precisão para permitir a manipulação da bateria em tempo real.

Em relação aos projetos de baterias quânticas de spin já descritos por outras equipes, o grande destaque vai para o fato de que o protocolo proposto pela equipe permite que sua bateria seja carregada por meio de um mecanismo que não depende da presença de um campo externo - mas não se trata de "tirar energia do nada", já que a manipulação dos spins requer energia.

"Diferentemente do que geralmente é proposto na literatura, onde a energia é fornecida por carregadores clássicos ou quânticos externos, o carregamento da bateria quântica aqui é obtido alterando, por um tempo finito t, um dos parâmetros do sistema, notavelmente a intensidade da dimerização. Esta situação pode ser realizada, por exemplo, abordando alguns dos sítios da cadeia em detrimento dos outros," escreveu a equipe.

"Acreditamos que isso abrirá novas e interessantes perspectivas no estudo das baterias quânticas, incluindo a possibilidade de realizá-las usando sistemas como átomos neutros, que atualmente estão entre as principais plataformas na corrida em direção a computadores quânticos de larga escala," concluiu Ferraro.

No futuro, este protocolo poderá viabilizar o desenvolvimento de baterias quânticas de estado sólido estáveis e de alto desempenho. Contudo, apesar de a primeira bateria quântica experimental ter sido criada em 2020, esta tecnologia ainda está longe de se tornar prática para alimentar celulares ou um carro elétrico. Mas o essencial é que cada vez mais se confirma que o conceito funciona - e funciona bem.

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