La causalidad es clave para nuestra experiencia de la realidad: por ejemplo, romper un vaso hace que se rompa, por lo que no puede haberse roto antes de romperse. Pero en el mundo cuántico, estas reglas no necesariamente se aplican, y los científicos ahora han demostrado cómo explotar esta rareza para cargar una batería cuántica.
En cierto sentido, las baterías cuánticas funcionan por una paradoja. Sobre el papel, funcionan almacenando energía en estados cuánticos de átomos y moléculas y, por supuesto, tan pronto como se menciona la palabra "cuántico", sabes que algo extraño va a suceder. En este caso, un nuevo estudio encuentra que las baterías cuánticas pueden funcionar violando lo que sabemos sobre causa y efecto.
Chen Yuanbo, autor del estudio, dijo: "Las baterías actuales utilizadas en dispositivos de baja potencia, como teléfonos inteligentes o sensores, normalmente usan productos químicos como el litio para almacenar carga, mientras que las baterías cuánticas usan partículas microscópicas como conjuntos de átomos. Las baterías químicas se rigen por las leyes de la física clásica, mientras que las partículas microscópicas son de naturaleza cuántica, por lo que tenemos la oportunidad de explorar formas de usarlas para doblar o incluso romper nuestros conceptos intuitivos de lo que sucede a pequeñas escalas. Estoy particularmente interesado en cómo las partículas cuánticas violan uno de nuestros principios más fundamentales. experiencias: el tiempo."
En la física clásica, el tipo de física que experimentamos en el mundo a gran escala, la causa y el efecto son claramente lineales. Volviendo a la analogía anterior, dejar caer un vaso (evento A) hace que el vaso se rompa (evento B), pero no se puede revertir la relación entre los dos eventos. El vaso no cayó porque estaba roto. Pero en el reino fantasmal de la física cuántica, esta limitación no se aplica. Incorporar esta paradoja a las baterías cuánticas podría ayudar a aumentar su eficiencia.
En el nuevo estudio, científicos de la Universidad de Tokio realizaron un experimento de laboratorio utilizando láseres, lentes y espejos como una gran batería cuántica. Cargar estas baterías generalmente requiere múltiples etapas de carga, que funcionan una tras otra, pero aquí, el equipo de investigación aprovechó un efecto cuántico llamado orden causal indefinido (ICO). Básicamente, una vez que llevaron el sistema a la superposición cuántica, el orden causal podría existir en ambas direcciones a la vez, permitiendo que múltiples pasos de carga funcionen simultáneamente en lugar de secuencialmente.
"Con ICO, demostramos que la forma en que se carga una batería compuesta de partículas cuánticas puede afectar en gran medida su rendimiento", dijo Chen. "Encontramos enormes mejoras tanto en la energía almacenada en el sistema como en la eficiencia térmica. Y de manera algo contraria a la intuición, encontramos un efecto sorprendente de una interacción que era lo opuesto a lo esperado: un cargador de baja potencia podría entregar más energía y al mismo tiempo ser más eficiente que un cargador de alta potencia que utiliza el mismo dispositivo".
Puede que a la mayoría de la gente le resulte difícil entenderlo, pero las baterías cuánticas podrían algún día convertirse en una realidad. Por ahora, existen sólo como experimentos de laboratorio, pero los científicos están probando lentamente diferentes aspectos de ellos, con el objetivo final de descubrir cómo integrar las partes en un todo funcional.
La investigación fue publicada en la revista Physical Review Letters.