Cuando hablamos de una batería cuántica, es importante olvidarse durante unos minutos de las baterías de litio presentes en móviles, portátiles o coches eléctricos, incluso las que tienen tecnologías más avanzadas en la actualidad. No estamos ante una celda que pueda sustituirlas próximamente, es, simplemente, el primer prototipo básico y mínimo, un minúsculo dispositivo experimental que almacena energía utilizando determinados comportamientos colectivos de la mecánica cuántica.
Con esto claro, aun con esta enorme limitación, científicos de CSIRO, RMIT University y la Universidad de Melbourne han conseguido fabricar la primera batería cuántica de la historia capaz de completar todo el ciclo necesario: cargarse, conservar temporalmente la energía y descargarla como corriente eléctrica.
La primera batería cuántica es una realidad: demuestran su funcionalidad tras años de teorías
El prototipo, totalmente experimental, se carga en aproximadamente 35 femtosegundos, siendo un femtosegundo la milbillonésima parte de un segundo. Dicho de otra forma, en un segundo caben alrededor de 28 billones de periodos de carga como este. Pero esta cifra requiere contexto: la batería recibe una cantidad microscópica de energía mediante un pulso láser, por lo que no significa que podamos llenar la batería de un coche eléctrico, un móvil o un reloj inteligente en ese tiempo. Es algo ínfimo solo para demostrar que se puede pasar de la teoría a la realidad.
La gran diferencia frente a una batería convencional está en cómo se comporta al aumentar su tamaño. En una batería de litio, añadir más celdas permite almacenar más energía, pero también exige suministrar proporcionalmente más potencia para mantener el mismo tiempo de carga.
En esta batería cuántica, las moléculas no trabajan de manera independiente, sino que interactúan colectivamente con la luz dentro de una microcavidad óptica. Esta estructura funciona como una diminuta caja formada por capas y espejos de plata que mantiene la luz confinada y refuerza su interacción con las moléculas.
Tiempos de carga mucho menores a repostar gasolina o diésel en la actualidad
Gracias a este efecto colectivo, el tiempo de carga puede disminuir siguiendo una relación de 1/√N, donde N representa el número de moléculas. En términos sencillos, si se cuadruplicase el número de unidades de almacenamiento, el tiempo de carga podría reducirse aproximadamente a la mitad. Su potencia eléctrica máxima también presenta un escalado todavía más espectacular: puede crecer como N², por lo que duplicar el número de moléculas permitiría, bajo las condiciones estudiadas, cuadruplicar la potencia.
Para construirla, los investigadores combinaron ftalocianina de cobre, un material que absorbe la luz, con fullereno C60 y varias capas encargadas de separar y transportar las cargas eléctricas. Fabricaron ocho dispositivos con hasta 7,9 × 10¹⁴ moléculas absorbentes, logrando una potencia de descarga de entre 10 y 40 µW/cm². Según desvelaron los investigadores, la microcavidad también triplicó la conversión de fotones en cargas eléctricas frente al dispositivo de control, lo que supone una mejora de hasta 3 veces (+200 %).
Ahora llega el baño de realidad. Aunque se carga casi instantáneamente, conserva la energía durante apenas 10–50 nanosegundos y su capacidad total es demasiado pequeña para alimentar cualquier dispositivo convencional. A fin de cuentas, es la primera demostración de que una batería cuántica es posible en este universo, ahora tocará escalarla a nuevas cotas. Una batería de móvil almacena varios vatios-hora; este prototipo maneja una cantidad de energía millones de veces inferior.
Su importancia, por tanto, no está en sustituir mañana al litio, sino en demostrar que una batería cuántica puede funcionar a temperatura ambiente, producir corriente eléctrica real y mejorar su rendimiento conforme aumenta su tamaño. El siguiente desafío será conservar la energía durante mucho más tiempo y comprobar si ese extraordinario escalado puede mantenerse fuera de un dispositivo microscópico. ¿Veremos en el futuro una tecnología de recarga de apenas unos segundos con una duración y durabilidad de decenas de semanas? Posiblemente, pero si algo hay ahora mismo que necesite algo similar es el sector espacial.
Quizás este tipo de baterías sea uno de los pilares para la exploración espacial del ser humano. Lo que hace unos meses era pura teoría ahora es una realidad palpable, y seguramente veamos una serie de avances que ahora mismo son parte de Hollywood.
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