Físico U. de Chile descubre modelo para crear baterías cuánticas más eficientes

Los microchips revolucionaron la tecnología y la electrónica hace décadas, permitiendo la creación de dispositivos más compactos y eficientes, pero hoy están alcanzando su límite. Cambiar la arquitectura tecnológica actual por una basada en la mecánica cuántica podría ser la solución, ya que generaría cambios revolucionarios en el tamaño y velocidad de los aparatos.

Sin embargo, para que este cambio sea posible, es necesario contar con baterías cuánticas. Estos dispositivos, a diferencia de las pilas convencionales, son sistemas subatómicos que almacenan energía en una escala diminuta, bajo sus reglas, y que, al tener la capacidad de superponerse, pueden entregar energía más rápido que una batería clásica, lo que tiene un gran potencial para la computación del futuro y el procesamiento de datos, entre otras áreas.

Felipe Barra, investigador del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa y académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile (DFI-FCFM), lleva cinco años indagando cómo crear baterías cuánticas más eficientes. Es decir, que no disipen o pierdan energía y que puedan entregarla a un dispositivo lo más rápido posible.

Desconectar y reconectar

Junto a un grupo de investigadores, el académico de la Universidad de Chile propuso extraer esa energía de un sistema en equilibrio termodinámico, es decir, un sistema incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado, lo que permite “proteger” la energía que contiene y evitar que esta se pierda. Las leyes de la termodinámica dicen, no obstante, que es imposible lograr esto, pues cualquier manipulación que se haga con un sistema en equilibrio, nos hará gastar energía si queremos que este vuelva a su estado de equilibrio.

Sin embargo, el profesor Felipe Barra halló una forma de “torcer” esa ley al notar que, si el sistema en equilibrio interactúa de forma intensa con su medio, puede extraer energía de este si logra desconectarlo de su entorno. “Por ejemplo, si tenemos un átomo en equilibrio con la luz que lo rodea, este átomo almacenará energía cuántica, que se puede extraer si la interacción entre ellos es intensa. Pero para lograrlo hay primero que desconectar el átomo de la luz y, luego de extraer la energía, volver a conectarlo con la luz”, indica. De esta manera, explica, el átomo regresa a su estado de equilibrio térmico, recargando su energía.

“Demostramos que es posible almacenar energía en un sistema que se encuentra en equilibrio termodinámico, estado que no pierde energía para mantenerse, ya que está protegido, por lo que la energía no se disipa y podría ser usada posteriormente para un dispositivo cuántico”, sostiene el investigador.

El resultado final: si bien al desconectar y reconectar el átomo a su medio se gasta energía, aquella que se extrae en el proceso es más compleja de conseguir y permite convertir al átomo en una batería cuántica. “En palabras simples, la energía que necesitamos para desconectar y conectar nuestro átomo es una energía barata. Pero la energía que extraigo del sistema y almaceno en la batería (átomo) es más difícil de conseguir y puede ser útil para un dispositivo cuántico”, señala.

Todos estos hallazgos podrían impactar a futuro en las tecnologías cuánticas, que sigue siendo un área en “pañales” en cuanto a su desarrollo y a la que le queda un largo trecho para poder implementarse en la práctica. De esta forma, investigaciones como esta abren caminos prometedores para estas baterías, que podrían revolucionar la forma en que usamos la energía e impactar en la creación de tecnologías que -a futuro- permitirán realizar en segundos procesos que hoy tardan meses o años.

“No es descabellado pensar en esas opciones de dispositivos que procesen toneladas de información en segundos. Pero también está la opción de que la cuántica no sea válida a toda escala y nos obligue a pensar en nuevas teorías fundamentales, lo que podría ser malo para la electrónica, pero muy entretenido para la física”, afirma el investigador del Núcleo Milenio.