Esquema de carregamento para baterias quânticas é otimizado para maior eficiência

Cientistas da China e dos Estados Unidos estão propondo uma abordagem inovadora para carregar baterias quânticas de maneira mais rápida e eficiente, fazendo uso de canais de luz.

A intenção é aplicar princípios fundamentais da mecânica quântica, como entrelaçamento e coerência, para superar as limitações da física clássica. Isso resultaria em maior capacidade de carga, velocidade de recarregamento mais rápida e maior eficiência em comparação com as baterias convencionais.

Uma das razões para essas vantagens notáveis é que, devido aos efeitos quânticos, todas as células dessas baterias futurísticas podem ser recarregadas simultaneamente, potencialmente desafiando a lei de causa e efeito e proporcionando uma velocidade de recarga incomparável.

Wan-Lu Song e sua equipe, provenientes das universidades de Boston e Lanzhou, acreditam que é possível aprimorar ainda mais esse conceito. Eles desenvolveram um esquema que utiliza canais de luz, conhecidos tecnicamente como guias de onda, para evitar a perda de efeitos quânticos devido à decoerência e superar as limitações do recarregamento à distância.

Além disso, o esquema proposto é mais prático do que outras ideias similares. Embora já existam protótipos funcionais de baterias quânticas, a maior parte da pesquisa na área ainda permanece predominantemente teórica.

O esquema proposto envolve o uso de dois sistemas de dois níveis, nos quais cada sistema possui dois níveis de energia, geralmente representados como estado fundamental e estado excitado.

Um desses sistemas corresponde à própria bateria quântica, enquanto o outro é representado pelo carregador. O processo de carregamento e a transferência de energia entre os dois são realizados estabelecendo um acoplamento coerente com outros sistemas de dois níveis ou campos externos. Esse acoplamento coerente refere-se a uma interação sincronizada e correlacionada entre esses sistemas quânticos, possibilitando a transferência ou troca de energia.

No entanto, tais interações coerentes são delicadas e propensas à decoerência, que, nesse contexto, implica uma perda de contato com a bateria. Essa desconexão pode ocorrer devido a interações com o ambiente, virtualmente impossíveis de serem evitadas, ou devido a uma distância não ideal entre a bateria e o carregador – muito próximos, um interfere no outro; muito distantes, a eficiência da conexão é prejudicada.

A inovação introduzida pela equipe consiste no uso de guias de onda ocos retangulares. Um guia de ondas é uma estrutura que direciona ondas, frequentemente eletromagnéticas, ao longo de um caminho específico, atuando como um canal para confinar e direcionar as ondas de maneira controlada.

Ao colocar a bateria e o carregador dentro de um guia de ondas, a equipe possibilita a troca de energia entre eles sem a necessidade de contato direto. Essa abordagem é inédita no campo das baterias quânticas. O professor Jun-Hong An, coordenador da pesquisa, destacou que “o guia de ondas retangular de metal oco é usado para coletar e guiar o campo eletromagnético para mediar a transferência de energia entre a bateria quântica e o carregador”. Ele concluiu ressaltando que as interconexões quânticas facilitadas pelo guia de ondas oferecem uma solução prática para os desafios enfrentados na implementação das baterias quânticas.

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