Bateria quântica atinge limite teórico de velocidade e dura muito mais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/07/2025

A bateria quântica da equipe já consegue reter energia por vários microssegundos.
[Imagem: RMIT]

Longevidade

Cientistas australianos desenvolveram um método que promete estender significativamente a vida útil das baterias quânticas - 1.000 vezes mais do que demonstrações anteriores.

Ao contrário das baterias tradicionais, que dependem de reações químicas para armazenar energia, as baterias quânticas utilizam o fenômeno da superposição e as interações entre elétrons e fótons. Elas podem alcançar tempos de carregamento mais rápidos e, potencialmente, maior capacidade de armazenamento.

"Embora tenhamos lidado com um pequeno ingrediente do conjunto, nosso dispositivo já é muito melhor em armazenar energia do que seu antecessor," disse Daniel Tibben, da Universidade RMIT.

Protótipos anteriores de baterias quânticas apresentaram velocidades de carregamento impressionantes, mas mostraram dificuldade em manter a energia, apresentando taxas de descarregamento rápidas demais, perdendo energia quase tão rapidamente quanto carregavam.

Agora, a equipe construiu e estudou cinco dispositivos, que funcionaram melhor quando dois níveis específicos de energia se alinharam perfeitamente, permitindo que a energia fosse armazenada de forma mais eficiente.

O protótipo com melhor desempenho armazenou energia por 1.000 vezes mais tempo do que a demonstração anterior, passando dos nanossegundos para os microssegundos na retenção de energia. Embora isso não pareça muito tempo, o resultado comprova o conceito e estabelece uma base sólida para pesquisas futuras.

"Embora uma bateria quântica funcional ainda possa levar algum tempo para ser desenvolvida, este estudo experimental nos permitiu projetar a próxima geração de dispositivos," disse o professor Daniel Gómez. "Espera-se que um dia as baterias quânticas possam ser usadas para melhorar a eficiência de células solares e alimentar pequenos dispositivos eletrônicos."

Imagem ilustrativa de uma bateria quântica.
[Imagem: Universidade de Pisa]

Vantagem quântica

Gian Andolina e colegas da Universidade de Pisa, na Itália, fizeram progresso em outro aspecto da tecnologia das baterias quânticas: A velocidade.

A equipe idealizou um novo modelo de bateria surpreendentemente simples, mas que poderá apresentar uma "vantagem quântica" genuína sobre uma bateria analógica clássica. O novo modelo atingiu o chamado limite de velocidade quântica, a velocidade máxima teoricamente alcançável por um sistema regido pela mecânica quântica.

"Nos últimos anos, alguns dos autores do presente trabalho propuseram um modelo que apresenta essa vantagem quântica: O modelo Sachdev-Ye-Kitaev (SYK). No entanto, esse modelo é altamente complexo, tanto experimentalmente - devido às suas interações de muitos corpos - quanto teoricamente, pois é analiticamente desafiador," disse a professora Vittoria Stanzione.

A equipe então partiu para a simplificação, procurando a bateria quântica mais simples possível que ainda mantivesse a vantagem quântica em termos de potência de carregamento.

"Nosso modelo consiste em dois osciladores harmônicos acoplados: um atua como 'carregador' e o outro como 'bateria'," explicou Stanzione. "O ingrediente-chave que possibilita a vantagem quântica é uma interação anarmônica [a força de restauração não é proporcional ao deslocamento do oscilador] entre os dois osciladores durante o processo de carregamento. Esse acoplamento anarmônico permite que o sistema acesse estados entrelaçados não clássicos que efetivamente criam um 'atalho' no espaço de Hilbert [generalização do conceito de espaço euclidiano para n dimensões], permitindo uma transferência de energia mais rápida do que na dinâmica clássica."

O modelo dos pesquisadores italianos ainda é unicamente teórico, embora a equipe descreva a possibilidade de concretizá-lo experimentalmente utilizando circuitos supercondutores, circuitos elétricos feitos de materiais que apresentam resistência zero em temperaturas muito baixas, similares aos usados como qubits nos computadores quânticos.

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