Pensándolo bien...

En la actualidad, la mayoría de los dispositivos de bajo consumo, como los teléfonos inteligentes, relojes inteligentes o sensores, dependen de baterías químicas que almacenan energía mediante reacciones entre compuestos como el litio, el cobalto o el níquel. Estas baterías, aunque cada vez más eficientes, están limitadas por los principios de la física clásica, como el flujo de electrones y la degradación de materiales y la pérdida gradual de capacidad son fenómenos conocidos y estudiados dentro del marco tradicional. Sin embargo, una nueva generación de tecnologías energéticas está comenzando a abrirse paso: las baterías cuánticas.

Las baterías cuánticas no almacenan carga mediante reacciones químicas, sino mediante estados de partículas microscópicas, como átomos o iones, controladas a nivel cuántico. Abren la puerta a comportamientos energéticos completamente diferentes de los que observamos en las baterías convencionales. Lo más innovador de esta propuesta no es solo su eficiencia potencial, sino su capacidad para desafiar conceptos fundamentales como el tiempo. Las partículas cuánticas no obedecen las leyes clásicas. En el mundo subatómico, conceptos como la superposición, el entrelazamiento o la reversibilidad del tiempo no solo son posibles, sino que constituyen la norma. Así que lo fascinante no es solo que las baterías cuánticas puedan cargarse más rápidamente y con menos pérdidas, sino que también podrían violar una de nuestras experiencias más fundamentales, cual es el concepto del tiempo.

Esto se refiere a la posibilidad de manipular la dirección y el flujo del tiempo a nivel microscópico. A diferencia de una batería clásica, cuya carga y descarga son procesos unidireccionales y marcados por la entropía, una batería cuántica podría, en teoría, experimentar procesos en los que la energía fluye de manera no intuitiva, incluso invirtiendo la dirección de su evolución temporal sin violar las leyes cuánticas. Algunos modelos teóricos predicen que el entrelazamiento cuántico puede hacer que el tiempo deje de ser un parámetro absoluto y se convierta en una propiedad emergente del sistema.

El desarrollo de estas baterías aún está en sus primeras etapas, pero ya se ha demostrado experimentalmente la posibilidad de diseñar sistemas de almacenamiento cuántico de energía que se cargan colectivamente, lo que permite que múltiples partículas cuánticas acumulen energía de forma más rápida que si lo hicieran individualmente. Este fenómeno, conocido como “superabsorción”, podría conducir a baterías mucho más veloces y eficientes. En definitiva, las baterías cuánticas no solo prometen revolucionar el almacenamiento de energía a escala microscópica, sino que también nos obligan a replantearnos las leyes más profundas del Universo.

Un equipo de investigadores de la Universidad RMIT de Australia, en colaboración con la agencia científica nacional CSIRO, ha logrado un avance sorprendente en el campo emergente de las baterías cuánticas, publicado en la revista PRX Energy, que supone un paso hacia las baterías cuánticas funcionales. Mediante la manipulación de un fenómeno conocido como orden causal indefinido (ICO, por sus siglas en inglés), han demostrado que es posible extender la vida útil de estas baterías hasta 1.000 veces en comparación con investigaciones previas. Este descubrimiento no solo mejora el almacenamiento de energía a escala cuántica, sino que también desafía las intuiciones más básicas sobre causa y efecto.

La batería cuántica utiliza fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento. En el nuevo estudio, los científicos emplearon láseres, lentes y espejos para cargar este tipo de batería experimental, y aplicaron el concepto de orden causal indefinido para lograr resultados sin precedentes. La batería cuántica se carga mediante mecanismos propios de la mecánica cuántica, principalmente la superposición y el entrelazamiento. A diferencia de las baterías clásicas, que almacenan energía a través de reacciones químicas, una batería cuántica almacena energía en sistemas microscópicos, como átomos o iones, que pueden encontrarse en múltiples estados a la vez.

La superposición cuántica permite que una partícula, como un átomo, esté simultáneamente en un estado de baja y alta energía. Durante la carga, un campo externo, por ejemplo, un pulso láser, por tanto, electromagnético, interactúa con las partículas que componen la batería, elevando su nivel energético de forma coherente. Como los estados cuánticos pueden evolucionar de manera reversible y sin disipar energía, si se controlan adecuadamente, la carga puede almacenarse con una eficiencia teóricamente superior a la de sistemas clásicos.

El entrelazamiento cuántico amplifica aún más este proceso. En una batería cuántica compuesta por varios átomos o partículas entrelazadas, la energía puede distribuirse colectivamente entre ellos. Esto genera un fenómeno conocido como “superabsorción”, en el que el sistema absorbe energía más rápidamente que si cada partícula lo hiciera por separado. En esencia, el sistema funciona como una unidad cooperativa y no como la suma de elementos individuales.

Además, al utilizar estructuras como cavidades ópticas o redes de espejos y lentes, se puede controlar la interacción entre la fuente de energía y las partículas cuánticas, manteniendo la coherencia cuántica durante más tiempo. En conjunto, estos fenómenos permiten cargar la batería cuántica de forma más rápida, eficiente y reversible que las baterías tradicionales, y abren la puerta a tecnologías de almacenamiento energético que aprovechan las leyes fundamentales de la Física cuántica.

En el mundo clásico, el tiempo y la causalidad son unidireccionales y un evento A causa un evento B, pero B no puede causar A. Sin embargo, a escala cuántica, esta lógica se rompe. Gracias a la superposición cuántica, es posible que dos eventos se influyan mutuamente de forma simultánea, sin un orden fijo. Esto es precisamente lo que permite el ICO, un marco en el que la secuencia causal entre eventos no está determinada. En efecto, los investigadores observaron mejoras notables tanto en la energía almacenada como en la eficiencia térmica del sistema. Más aún, el equipo descubrió un fenómeno contraintuitivo: un cargador de baja potencia podía proporcionar más energía con mayor eficiencia que uno de potencia superior, utilizando exactamente el mismo equipo experimental.

Este efecto disruptivo redefine la relación entre la potencia del cargador y la carga obtenida, y sugiere que las reglas clásicas de eficiencia energética podrían no aplicarse en sistemas cuánticos. Las implicaciones de este avance no se limitan al almacenamiento de energía para pequeños dispositivos. El equipo investigador sugiere que el ICO también podría aplicarse en tecnologías como los paneles solares, ya que su interacción con el calor podría aprovecharse para mejorar significativamente la eficiencia en la conversión energética.

El descubrimiento pone de manifiesto el potencial transformador de la Física cuántica en áreas cotidianas como la energía. Las baterías cuánticas, todavía en fase de investigación, podrían convertirse en tecnologías viables y revolucionarias en los próximos años. Más allá de su aplicabilidad inmediata, el estudio abre nuevas posibilidades en nuestra comprensión del tiempo, la energía y la causalidad, desafiando una vez más nuestra percepción clásica del universo.

Cabe pensar que las baterías cuánticas pueden convertirse en clave para las tecnologías del futuro, aun cuando sean máquinas cuánticas mucho menos conocidas que otras como la computación cuántica.

Sopa de letras: BATERÍAS CUÁNTICAS

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