Ya sea fotovoltaica o fusión, tarde o temprano, la civilización humana debe recurrir a las energías renovables. Esto se considera inevitable considerando las demandas energéticas cada vez mayores de la humanidad y la naturaleza finita de los combustibles fósiles. Como tal, se ha llevado a cabo mucha investigación encon el fin de desarrollar fuentes alternativas de energía, la mayoría de las cuales utilizan la electricidad como el principal vector de energía. La extensa I+D en energías renovables ha ido acompañada de cambios sociales graduales a medida que el mundo adoptaba nuevos productos y dispositivos que funcionan con energías renovables. El cambio más sorprendente recientementees la rápida adopción de vehículos eléctricos. Si bien apenas se veían en las carreteras incluso hace 10 años, ahora se venden millones de autos eléctricos anualmente. El mercado de autos eléctricos es uno de los sectores de más rápido crecimiento, y ayudó a impulsar a Elon Muskconvertirse en el hombre más rico del mundo.
A diferencia de los automóviles tradicionales que obtienen energía de la combustión de combustibles de hidrocarburos, los vehículos eléctricos dependen de las baterías como medio de almacenamiento de su energía. Durante mucho tiempo, las baterías tenían una densidad de energía mucho más baja que las que ofrecían los hidrocarburos, lo que resultó en un consumo muy bajo.rangos de los primeros vehículos eléctricos. Sin embargo, la mejora gradual en las tecnologías de baterías finalmente permitió que los rangos de conducción de los automóviles eléctricos estuvieran dentro de niveles aceptables en comparación con los automóviles que queman gasolina.cuellos de botella técnicos que tuvieron que ser resueltos para poner en marcha la actual revolución de los vehículos eléctricos.
Sin embargo, a pesar de las grandes mejoras en la tecnología de las baterías, hoy en día los consumidores de vehículos eléctricos se enfrentan a otra dificultad: la velocidad lenta de carga de la batería. Actualmente, los automóviles tardan unas 10 horas en recargarse por completo en casa. Incluso los supercargadores más rápidos en las estaciones de carga requieren hastaa 20-40 minutos para recargar completamente los vehículos. Esto crea costos adicionales e inconvenientes para los clientes.
Para abordar este problema, los científicos buscaron respuestas en el misterioso campo de la física cuántica. Su búsqueda ha llevado al descubrimiento de que las tecnologías cuánticas pueden prometer nuevos mecanismos para cargar baterías a un ritmo más rápido. Tal concepto de "batería cuántica" ha sidopropuesto por primera vez en un artículo seminal publicado por Alicki y Fannes en 2012. Se teorizó que los recursos cuánticos, como el entrelazamiento, se pueden usar para acelerar enormemente el proceso de carga de la batería al cargar todas las celdas dentro de la batería simultáneamente de manera colectiva.
Esto es particularmente emocionante ya que las baterías modernas de gran capacidad pueden contener numerosas celdas. Esta carga colectiva no es posible en las baterías clásicas, donde las celdas se cargan en paralelo independientemente unas de otras. La ventaja de esta carga colectiva frente a la paralela se puede medirpor la relación llamada 'ventaja de carga cuántica'. Más tarde, alrededor del año 2017, se notó que puede haber dos posibles fuentes detrás de esta ventaja cuántica, a saber, 'operación global' en la que todas las células hablan con todas las demás simultáneamente, es decir, "todos sentados en una mesa" y 'acoplamiento de todos a todos' cada celda puede hablar entre sí, pero una sola celda, es decir, "muchas discusiones, pero cada discusión tiene solo dos participantes".Sin embargo, no está claro si ambas fuentes son necesarias y si existen límites para la velocidad de carga que se puede lograr.
Recientemente, científicos del Centro de Física Teórica de Sistemas Complejos dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS exploraron más a fondo estas preguntas. El artículo, que fue elegido como "Sugerencia del editor" en la revista Cartas de revisión física, demostró que el acoplamiento de todos a todos es irrelevante en las baterías cuánticas y que la presencia de operaciones globales es el único ingrediente de la ventaja cuántica. El grupo fue más allá para identificar la fuente exacta de esta ventaja y descartar cualquier otra posibilidad.e incluso proporcionó una forma explícita de diseñar tales baterías.
Además, el grupo pudo cuantificar con precisión cuánta velocidad de carga se puede lograr en este esquema. Si bien la velocidad de carga máxima aumenta linealmente con la cantidad de celdas en las baterías clásicas, el estudio mostró que las baterías cuánticas que emplean una operación global pueden lograrescala cuadrática en la velocidad de carga. Para ilustrar esto, consideraremos un vehículo eléctrico típico con una batería que contiene aproximadamente celdas 200. El empleo de esta carga cuántica conduciría a una aceleración de 200 veces más que las baterías clásicas, lo que significa que el tiempo de carga en el hogar seríase reduciría de 10 horas a unos 3 minutos. En las estaciones de carga de alta velocidad, el tiempo de carga se reduciría de 30 minutos a meros segundos.
Los investigadores dicen que las consecuencias pueden ser de gran alcance y que las implicaciones de la carga cuántica pueden ir mucho más allá de los automóviles eléctricos y los productos electrónicos de consumo. Por ejemplo, puede encontrar usos clave en futuras plantas de energía de fusión, que requieren grandes cantidades de energía para sercargado y descargado en un instante. Por supuesto, las tecnologías cuánticas aún están en su infancia y hay un largo camino por recorrer antes de que estos métodos puedan implementarse en la práctica. Sin embargo, los hallazgos de investigación como estos crean una dirección prometedora y pueden incentivar elagencias de financiación y empresas para invertir más en estas tecnologías. Si se emplean, se cree que las baterías cuánticas revolucionarían por completo la forma en que usamos la energía y nos acercarían un paso más a nuestro futuro sostenible.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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