Investigadores del Centro RIKEN de Computación Cuántica de Japón y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong de China han desarrollado un modelo teórico para una batería cuántica topológica. Este diseño aprovecha guías de ondas fotónicas para permitir una transferencia de energía eficiente a largas distancias sin disipación. Los hallazgos sugieren avances potenciales en el almacenamiento de energía a nanoescala y dispositivos cuánticos.
En un estudio publicado en Physical Review Letters, los científicos Zhi-Guang Lu, Guoqing Tian, Xin-You Lü y Cheng Shang delinearon un enfoque novedoso para baterías cuánticas. Estos dispositivos almacenan energía utilizando fenómenos cuánticos como la superposición, el entrelazamiento y la coherencia, ofreciendo ventajas como carga más rápida y mayor eficiencia en comparación con las baterías tradicionales.
Los sistemas cuánticos tradicionales enfrentan obstáculos significativos, incluida la pérdida de energía por decoherencia y disipación, particularmente en guías de ondas fotónicas no topológicas donde las imperfecciones causan la dispersión de fotones. Los investigadores abordaron estos problemas incorporando propiedades topológicas —características estructurales que persisten a pesar de curvas o giros— en el diseño de la batería. Esto permite una transferencia de energía casi perfecta e inmunidad a la disipación cuando la fuente de carga y la batería están en el mismo sitio, limitada a un solo sublattice.
Un descubrimiento intrigante fue que la disipación, usualmente perjudicial, puede impulsar temporalmente la potencia de carga cuando excede un nivel crítico, desafiando suposiciones previas sobre la pérdida de energía.
"Nuestra investigación proporciona nuevas perspectivas desde una viewpoint topológica y nos da pistas hacia la realización de dispositivos de almacenamiento de microenergía de alto rendimiento. Al superar las limitaciones prácticas de rendimiento de las baterías cuánticas causadas por la transmisión de energía a larga distancia y la disipación, esperamos acelerar la transición de la teoría a la aplicación práctica de las baterías cuánticas," dijo Zhi-Guang Lu, el primer autor.
"Mirando hacia el futuro," agregó Cheng Shang, el autor correspondiente, "continuaremos trabajando para cerrar la brecha entre el estudio teórico y el despliegue práctico de dispositivos cuánticos —ushering in the quantum era que hemos envisioned durante mucho tiempo."
El trabajo promete aplicaciones en almacenamiento de energía a nanoescala, comunicación cuántica óptica y computación cuántica distribuida, en medio de crecientes necesidades de soluciones de energía sostenible.