A causalidade é a chave para a nossa experiência da realidade: por exemplo, quebrar um vidro faz com que ele se estilhace, por isso não pode ter se estilhaçado antes de se estilhaçar. Mas no mundo quântico, estas regras não se aplicam necessariamente, e os cientistas demonstraram agora como explorar esta estranheza para carregar uma bateria quântica.
De certa forma, as baterias quânticas são movidas por um paradoxo. No papel, eles funcionam armazenando energia em estados quânticos de átomos e moléculas – e, claro, assim que a palavra “quântico” é mencionada, você sabe que algo estranho vai acontecer. Neste caso, um novo estudo descobriu que as baterias quânticas podem funcionar violando o que sabemos sobre causa e efeito.
Chen Yuanbo, autor do estudo, disse: "As baterias atuais usadas em dispositivos de baixo consumo de energia, como smartphones ou sensores, normalmente usam produtos químicos como o lítio para armazenar carga, enquanto as baterias quânticas usam partículas microscópicas, como conjuntos de átomos. As baterias químicas são governadas pelas leis da física clássica, enquanto as partículas microscópicas são de natureza quântica, então temos a oportunidade de explorar maneiras de usá-las para dobrar ou até mesmo quebrar nossos conceitos intuitivos do que acontece em pequenas escalas. Estou particularmente interessado em como as partículas quânticas violam uma de nossas experiências mais fundamentais: tempo."
Na física clássica, o tipo de física que vivenciamos no mundo em grande escala, causa e efeito são claramente lineares. Voltando à analogia anterior, deixar cair um copo (evento A) faz com que o vidro se estilhace (evento B), mas não é possível reverter a relação entre os dois eventos. O vidro não caiu porque estava quebrado. Mas no reino fantasmagórico da física quântica, esta limitação não se aplica. Incorporar esse paradoxo nas baterias quânticas poderia ajudar a aumentar sua eficiência.
No novo estudo, cientistas da Universidade de Tóquio conduziram um experimento de laboratório usando lasers, lentes e espelhos como uma grande bateria quântica. Carregar essas baterias geralmente requer vários estágios de carregamento, funcionando um após o outro, mas aqui a equipe de pesquisa aproveitou um efeito quântico chamado ordem causal indefinida (ICO). Basicamente, uma vez que colocaram o sistema em superposição quântica, a ordem causal poderia existir em ambas as direções ao mesmo tempo, permitindo que múltiplas etapas de carga funcionassem simultaneamente, em vez de sequencialmente.
“Com o ICO, demonstramos que a forma como uma bateria composta de partículas quânticas é carregada pode afetar muito o seu desempenho”, disse Chen. "Encontramos enormes melhorias tanto na energia armazenada no sistema quanto na eficiência térmica. E de forma um tanto contra-intuitiva, encontramos um efeito surpreendente de uma interação que era o oposto do esperado: um carregador de baixa potência poderia fornecer mais energia e ao mesmo tempo ser mais eficiente do que um carregador de alta potência usando o mesmo dispositivo."
Pode ser difícil para a maioria das pessoas entender, mas as baterias quânticas podem um dia se tornar uma realidade. Por enquanto, eles existem apenas como experimentos de laboratório, mas os cientistas estão testando lentamente diferentes aspectos deles, com o objetivo final de descobrir como integrar as partes em um todo funcional.
A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.