Pesquisadores do Centro RIKEN de Computação Quântica do Japão e da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, da China, desenvolveram um modelo teórico para uma bateria quântica topológica. Este design utiliza guias de onda fotônicas para permitir transferência de energia eficiente em longas distâncias sem dissipação. As descobertas sugerem avanços potenciais em armazenamento de energia em nanoescala e dispositivos quânticos.
Em um estudo publicado na Physical Review Letters, os cientistas Zhi-Guang Lu, Guoqing Tian, Xin-You Lü e Cheng Shang delinearam uma abordagem inovadora para baterias quânticas. Esses dispositivos armazenam energia usando fenômenos quânticos como superposição, emaranhamento e coerência, oferecendo vantagens como carregamento mais rápido e maior eficiência em comparação com baterias tradicionais.
Sistemas quânticos tradicionais enfrentam obstáculos significativos, incluindo perda de energia por decoerência e dissipação, particularmente em guias de onda fotônicas não topológicas, onde imperfeições causam a dispersão de fótons. Os pesquisadores abordaram esses problemas incorporando propriedades topológicas —características estruturais que persistem apesar de curvas ou torções— no design da bateria. Isso permite transferência de energia quase perfeita e imunidade à dissipação quando a fonte de carregamento e a bateria estão no mesmo local, limitado a um único sublattice.
Uma descoberta intrigante foi que a dissipação, geralmente prejudicial, pode impulsionar temporariamente a potência de carregamento quando excede um nível crítico, desafiando suposições anteriores sobre perda de energia.
"Nossa pesquisa fornece novas perspectivas de uma viewpoint topológica e nos dá pistas para a realização de dispositivos de armazenamento de microenergia de alto desempenho. Ao superar as limitações práticas de desempenho das baterias quânticas causadas pela transmissão de energia em longas distâncias e dissipação, esperamos acelerar a transição da teoria para a aplicação prática de baterias quânticas," disse Zhi-Guang Lu, o primeiro autor.
"Olhando para o futuro," acrescentou Cheng Shang, o autor correspondente, "continuaremos trabalhando para preencher a lacuna entre o estudo teórico e o implantação prático de dispositivos quânticos —inaugurando a era quântica que sonhamos há muito tempo."
O trabalho promete aplicações em armazenamento de energia em nanoescala, comunicação quântica óptica e computação quântica distribuída, em meio a necessidades crescentes por soluções de energia sustentável.