Oamenii de știință au creat un model teoretic care dovedește, pentru prima dată, că bateria cuantică se poate încărca mai repede decât orice baterie convențională. Deși tehnologia este încă departe de a ajunge în telefoanele noastre, acest pas reprezintă o validare crucială a unui concept revoluționar.
De mai bine de un deceniu, fizicienii explorează ideea unei „baterii cuantice” – un dispozitiv care stochează energie nu prin intermediul electronilor sau ionilor, ci folosind particule de lumină, cunoscute sub numele de fotoni. Teoretic, proprietăți stranii ale mecanicii cuantice, precum superabsorbția, ar trebui să le permită acestor baterii să atingă viteze de încărcare imposibile pentru omoloagele lor clasice. Până acum, însă, dovezile concrete care să ateste acest „avantaj cuantic” au fost evazive.
Acum, un nou studiu schimbă datele problemei. Cercetătorii au conceput un model de baterie care nu doar atinge limita teoretică de viteză a lumii cuantice, dar oferă și un avantaj măsurabil față de tehnologia clasică. Chiar dacă nu vom vedea prea curând un astfel de dispozitiv în practică, descoperirea este un impuls major pentru domeniu.
Ce este, de fapt, bateria cuantică?
În ultimele decenii, aproape fiecare tehnologie clasică a primit un corespondent în lumea cuantică. Cele mai multe resurse se îndreaptă spre dezvoltarea computerelor cuantice, dar progrese se fac și în domenii precum internetul cuantic, criptografia și chiar inteligența artificială cuantică.
Bateria cuantică este unul dintre aceste concepte promițătoare. În loc să se bazeze pe reacții electrochimice, ea utilizează fotoni pentru a stoca energia. De la introducerea conceptului în 2012, provocarea a fost să se demonstreze că această abordare este cu adevărat superioară. Datorită unor fenomene precum inseparabilitatea cuantică (entanglement) și superabsorbția – un proces în care rata de absorbție a luminii crește exponențial cu numărul de molecule implicate – bateriile cuantice promit viteze de încărcare excepționale. Un nou studiu publicat în prestigioasa revistă Physical Review Letters oferă primele dovezi solide în acest sens.
Un model care schimbă jocul
O echipă de oameni de știință de la Universitatea de Cercetare PSL din Paris și Universitatea din Pisa a dezvoltat un model simplu, la scară microscopică, pentru o astfel de baterie. Deși nu va alimenta un iPhone în viitorul apropiat, modelul lor validează principiul fundamental.
„Modelul nostru constă din două oscilatoare armonice cuplate: unul acționează ca «încărcător», iar celălalt servește ca «baterie». Ingredientul cheie care permite avantajul cuantic este o interacțiune anharmonică între cele două oscilatoare în timpul procesului de încărcare. Această cuplare permite sistemului să acceseze stări neclasice, inseparabile […], permițând un transfer de energie mai rapid decât în dinamica clasică.”, au explicat autorii pentru Phys.org.
Mai mult, cercetătorii au demonstrat că bateria lor ar putea atinge teoretic limita de viteză cuantică (Quantum Speed Limit – QSL), adică rata maximă la care poate evolua un sistem cuantic. O astfel de performanță ar depăși categoric orice baterie clasică.
Provocarea de a transforma teoria în realitate
Acesta nu este primul model teoretic propus. Anul trecut, un alt grup de cercetători a dezvoltat un concept de baterie cuantică de dimensiunea unui atom. Însă ambele exemple rămân, pentru moment, pe hârtie. Construirea unui dispozitiv funcțional este o provocare complet diferită.
Autorii noului studiu estimează că bateria lor ar trebui construită folosind circuite superconductoare, care funcționează fără rezistență electrică doar la temperaturi apropiate de zero absolut (-273,15 °C). Din acest motiv, aplicațiile practice sunt încă la orizont.
Cu toate acestea, importanța teoretică este imensă. „Din câte știm, această lucrare oferă prima certificare riguroasă a unui avantaj cuantic real într-un model rezolvabil. Sperăm că lucrarea noastră va stimula cercetările în continuare pe această temă interesantă, favorizând progresul atât pe plan teoretic, cât și experimental.”, au concluzionat autorii.
