Uma equipe de pesquisa científica australiana anunciou recentemente que fez pela primeira vez um protótipo de bateria quântica que pode completar todo o processo de “carga-armazenamento-descarga de energia” através das leis da mecânica quântica. É considerado um marco importante desde a concepção teórica até o dispositivo real. Esta conquista foi concluída sob a liderança de James Quach, físico da CSIRO, instituição nacional de pesquisa científica da Austrália, e foi publicada na revista "Light: Science & Applications". Ela é chamada de unidade de fonte de alimentação em nanoescala “prova de conceito” pela equipe de pesquisa, marcando a transição das baterias quânticas de modelos de papel para dispositivos reais.
Ao contrário das baterias tradicionais, que são mais difíceis de carregar rapidamente à medida que aumentam de tamanho, esta bateria quântica tira partido do chamado “efeito colectivo”: a sinergia entre múltiplas unidades quânticas permite ao sistema atingir um carregamento mais rápido quando o número de unidades aumenta. Este mecanismo aparentemente contra-intuitivo foi proposto teoricamente há uma década e agora foi confirmado experimentalmente em nível de hardware pela primeira vez.
Anteriormente, a equipe de Quachi provou em trabalhos iniciais que as unidades quânticas podem compartilhar energia de “maneira coletiva”, mas como retirar efetivamente a energia depois de armazenada sempre foi um problema fundamental para a praticidade. O novo dispositivo resolve este problema em termos de design estrutural e consegue uma relançamento controlável da energia do estado quântico armazenada, estabelecendo uma base técnica para aplicações subsequentes.
Neste experimento, a bateria quântica usa lasers para carregamento sem fio e leva apenas femtossegundos para completar o estado completo – ou seja, um tempo de um quatrilionésimo de segundo. Mais importante ainda, ele pode manter a energia armazenada em nanossegundos e seu tempo de armazenamento é cerca de seis ordens de magnitude maior que o tempo de carregamento; segundo a analogia do pesquisador, se essa relação for ampliada para a escala macro, equivale a uma bateria que carrega por um minuto e pode manter sua potência por vários anos.
Atualmente, o protótipo do dispositivo tem capacidade de apenas alguns bilhões de elétron-volts, longe do suficiente para alimentar qualquer dispositivo eletrônico da vida real. Kuach disse que a tarefa principal atual é continuar a estender o tempo que a energia pode ser retida em baterias quânticas, a fim de alcançar um fornecimento estável de energia em cenários práticos, como a eletrônica de comunicação. Manter a coerência quântica na energia durante uma escala de tempo suficientemente longa é um pré-requisito para a engenharia.
Especialistas da indústria acreditam que a aplicação mais promissora das baterias quânticas no curto prazo não é substituir diretamente as baterias de lítio tradicionais, mas assumir a liderança no atendimento a dispositivos de ponta, como computadores quânticos. Como os sistemas de computação quântica são extremamente sensíveis à precisão e às perturbações do fornecimento de energia, espera-se que uma fonte de alimentação que possa fornecer energia de maneira "coerente" reduza significativamente o ruído e melhore a estabilidade do sistema.
Andrew White, chefe do Laboratório de Tecnologia Quântica da Universidade de Queensland, na Austrália, que não esteve envolvido no projeto, comentou em entrevista à mídia que este resultado “mostra muito bem que a bateria quântica não é mais apenas uma ideia, mas se tornou um protótipo operacional”. Ele acredita que isso permite que as baterias quânticas passem das discussões teóricas abstratas para o estágio de otimização sustentável e amplificação de engenharia.
Numa perspectiva de longo prazo, esta experiência demonstra a possibilidade de uma nova classe de dispositivos de carregamento de ultra-alta velocidade, que poderá no futuro alimentar sistemas electrónicos avançados, como processadores de alto desempenho, ou mesmo permitir o carregamento sem fios de longa distância de dispositivos móveis. Kuach prevê que, quando futuros drones ou veículos realizarem tarefas, eles poderão reabastecer a energia por meio de fontes de luz controladas por quantum durante o movimento. Suas baterias quânticas internas serão “acesas” sem fio durante o funcionamento, rompendo assim as limitações das fontes de energia tradicionais na velocidade e no método de reposição de energia.