Em uma bateria típica, os íons carregados percorrem um mar de outras partículas à medida que a bateria recarrega, antes de voltarem na outra direção para liberar a energia armazenada na hora certa.
Os íons vão e voltam, alguns sendo desviados ao longo do caminho, até que a capacidade da bateria se esgote e ela perca energia muito rapidamente para ter alguma utilidade.
Mas os físicos, bons para eles, estão imaginando novas formas de armazenar energia em dispositivos portáteis úteis, recorrendo a um estranho fenômeno quântico que distorce o tempo, entre outros acontecimentos invulgares.
“As baterias atuais para dispositivos de baixo consumo de energia, como smartphones ou sensores, normalmente usam produtos químicos como o lítio para armazenar carga, enquanto uma bateria quântica usa partículas microscópicas como conjuntos de átomos”, explica Yuanbo Chen, estudante de graduação em física na Universidade de Tóquio.
Em seu trabalho mais recente, Chen se uniu ao físico Gaoyan Zhu, do Centro de Pesquisa em Ciência Computacional de Pequim, parte da Academia Chinesa de Engenharia Física, e colegas para testar a ideia de criar uma bateria quântica que permita estágios de carregamento simultâneos, melhorando assim a energia, armazenamento e eficiência térmica.
“Embora as baterias químicas sejam governadas pelas leis clássicas da física, as partículas microscópicas são de natureza quântica, por isso temos a oportunidade de explorar formas de usá-las que distorcem ou mesmo quebram as nossas noções intuitivas do que acontece em pequenas escalas”, diz Chen.
Chen, Zhu e colegas certamente não são o primeiro grupo a imaginar como uma bateria quântica poderia funcionar, mas testaram suas ideias experimentalmente em uma bancada de laboratório cheia de lasers, lentes e espelhos espaçados.
Em 2019, uma equipe de pesquisadores canadenses apresentou um projeto para uma bateria quântica que nunca perde a carga. A ideia deles, que ainda é totalmente teórica, depende de um mecanismo quântico diferente: um que envolve atrair componentes quânticos para um “estado escuro”, onde o material não pode interagir ou perder energia para o seu ambiente.
A abordagem de Zhu e colegas segue um fenômeno quântico conhecido como superposição, que é comumente lembrado para a computação quântica, e é onde as partículas existem em uma enxurrada de estados possíveis até o momento em que são medidas.
Esta sobreposição de possibilidades também altera a ordem natural do tempo, demonstraram recentemente pesquisadores.
Na física clássica e na vida cotidiana, os eventos só podem ocorrer de forma linear ou em ordem fixa. Pense na causa antes do efeito ou no evento A (apertar um botão) antes do evento B (a luz acende).
No reino quântico, contudo, essa ordem linear é quebrada e a superposição permite que os eventos se desenvolvam ao longo de dois caminhos paralelos ao mesmo tempo. De certa forma, isto mexe com o tempo porque um evento que se segue a outro também pode influenciar o resultado do evento como se tivesse ocorrido antes, porque ambas as ordens de eventos, A antes de B e B antes de A, são simultaneamente verdadeiras.
“Simplificando, descobriu-se que as leis da mecânica quântica permitem a superposição quântica de ordens causais”, explicam Zhu e colegas.
Para aplicar isso ao armazenamento de energia, os pesquisadores perceberam esse estranho processo usando um switch quântico, testaram algumas configurações diferentes de carregadores e criaram um sistema capaz de puxar dois carregadores simultaneamente.
“Demonstramos que a forma como você carrega uma bateria composta de partículas quânticas pode impactar drasticamente seu desempenho”, diz Chen. “Vimos enormes ganhos tanto na energia armazenada no sistema quanto na eficiência térmica.”
“Além disso, revelamos um efeito contra-intuitivo de que um carregador relativamente menos potente garante uma bateria carregada com mais energia e maior eficiência”, relatam os pesquisadores em seu artigo.
Embora esta “bateria” quântica seja mais como uma rede de lasers numa bancada de laboratório, e a anos de distância de qualquer aplicação prática, ainda é uma demonstração interessante dos princípios subjacentes e do que poderia ser possível em algum momento no futuro – se ainda não o foi.
Publicado em ScienceAlert
Traduzido por Mateus Lynniker
