As recentes pesquisas na interseção da física quântica e armazenamento de energia estão abrindo novos horizontes para o desenvolvimento de tecnologias revolucionárias. Entre essas inovações, as baterias quânticas surgem como candidatas promissoras para superar as limitações das tradicionais baterias químicas em aplicações de baixa potência.

Um estudo conduzido por pesquisadores, incluindo membros da Universidade de Tóquio, destaca avanços significativos ao explorar fenômenos quânticos não intuitivos para melhorar o desempenho dessas baterias, aproximando-nos ainda mais da integração prática dessa tecnologia.

Quando se menciona o termo “quântico”, é comum associá-lo aos avanços em computação quântica. No entanto, as baterias quânticas emergem como uma área de pesquisa igualmente promissora, com potencial para revolucionar não apenas o armazenamento de energia, mas também soluções sustentáveis e a possível implementação em veículos elétricos futuros.

Embora, por enquanto, essas baterias existam apenas como experimentos de laboratório, cientistas em todo o mundo estão concentrando seus esforços para transformar esses conceitos em dispositivos práticos e funcionais.

A pesquisa liderada pelo estudante de pós-graduação Yuanbo Chen e pelo professor associado Yoshihiko Hasegawa, da Universidade de Tóquio, foca na otimização do processo de carregamento das baterias quânticas.

Enquanto as baterias convencionais utilizam produtos químicos como o lítio para armazenar carga, as baterias quânticas exploram partículas microscópicas, como matrizes de átomos.

Chen destaca a natureza quântica dessas partículas, proporcionando oportunidades para explorar maneiras inovadoras de utilizá-las, desafiando nossas noções intuitivas sobre o que acontece em escalas minúsculas.

“As baterias atuais para dispositivos de baixa potência, como smartphones ou sensores, normalmente usam produtos químicos, como o lítio, para armazenar carga, enquanto uma bateria quântica usa partículas microscópicas, como matrizes de átomos”, disse Chen.

“Enquanto as baterias químicas são regidas pelas leis clássicas da física, as partículas microscópicas são quânticas por natureza, portanto, temos a chance de explorar maneiras de usá-las que dobram ou até mesmo quebram nossas noções intuitivas do que ocorre em pequenas escalas. Estou particularmente interessado na maneira como as partículas quânticas podem funcionar para violar uma de nossas experiências mais fundamentais, a do tempo.”

Em colaboração com pesquisadores do Beijing Computational Science Research Center, a equipe experimentou métodos para carregar baterias quânticas usando aparelhos ópticos, como lasers, lentes e espelhos.

O destaque desse trabalho é o uso do efeito quântico denominado “ordem causal indefinida” (ICO). Enquanto a causalidade no mundo clássico segue um caminho claro, o ICO permite que ambas as direções da causalidade coexistam em uma superposição quântica, desafiando conceitos fundamentais sobre como eventos estão conectados.

Esta abordagem inovadora permitiu à equipe observar ganhos significativos na energia armazenada e eficiência térmica das baterias quânticas.

Um aspecto intrigante da pesquisa é a descoberta de que um carregador de menor potência pode fornecer energias mais altas com maior eficiência do que um carregador de potência comparativamente mais alta, usando o mesmo aparelho.

“Com a ICO, demonstramos que a maneira como você carrega uma bateria composta de partículas quânticas pode afetar drasticamente seu desempenho”, disse Chen.

“Observamos enormes ganhos na energia armazenada no sistema e na eficiência térmica. E, de forma um tanto contraintuitiva, descobrimos o efeito surpreendente de uma interação que é o inverso do que se poderia esperar: Um carregador de menor potência poderia fornecer energias mais altas com maior eficiência do que um carregador de potência comparativamente mais alta usando o mesmo aparelho,” concluiu Chen.

Isso destaca a contraintuitividade dos efeitos quânticos e a necessidade de reavaliar concepções convencionais sobre o processo de carga.

Além do potencial para transformar o armazenamento de energia em dispositivos de baixa potência, os princípios subjacentes, incluindo o efeito de interação inversa descoberto, podem ter aplicações mais amplas.

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Por exemplo, nos painéis solares, onde o calor pode afetar negativamente a eficiência, a ICO pode ser uma ferramenta valiosa para mitigar esses efeitos, resultando em ganhos significativos de eficiência.

À medida que as baterias quânticas evoluem de experimentos de laboratório para aplicativos práticos, o potencial para revolucionar a paisagem da energia se torna mais tangível.

Essas inovações não apenas representam avanços tecnológicos, mas também desafiam nossa compreensão fundamental da física e oferecem perspectivas emocionantes para um futuro mais eficiente e sustentável.