Primeira Bateria Quântica Funcional Prova que Maior Realmente Significa Mais Rápido

Resumo

• Cientistas australianos construíram o primeiro protótipo funcional de bateria quântica.
• As baterias quânticas carregam mais rápido à medida que aumentam de escala, desafiando limites clássicos.
• A descoberta pode alimentar futuros computadores quânticos, mas ainda não dispositivos de consumo.

O seu telemóvel demora uma hora a carregar. O seu carro elétrico leva a noite toda. Essa troca—mais capacidade significa mais espera—está tão enraizada no funcionamento das baterias que ninguém realmente questiona mais. Uma equipa de cientistas australianos acabou de criar algo que quebra completamente essa regra. Pesquisadores do CSIRO, a agência nacional de ciência da Austrália, juntamente com equipas da RMIT University e da University of Melbourne, revelaram o primeiro protótipo de bateria quântica funcional do mundo. Este é um dispositivo físico real que carrega, armazena energia e descarrega—usando as regras da física quântica em vez de química. As suas descobertas foram publicadas na quarta-feira na Nature Light: Science & Applications. O protótipo é uma pequena camada de materiais orgânicos, como um sanduíche nanoscópico, que é carregada sem fios por um pulso de laser. Esse pulso dura femtosegundos. Um femtosegundo é um quadrilhilhão de segundo. O dispositivo carrega nesse intervalo, depois mantém a sua energia por nanosegundos—cerca de seis ordens de magnitude mais tempo do que levou para encher.

Essa diferença parece pouco impressionante até ser ampliada. “Se conseguirmos carregar uma bateria em um minuto, ela permanecerá carregada por alguns anos”, explicou o investigador principal James Quach. A física já funciona. O desafio agora é prolongar o tempo de armazenamento de energia num dispositivo real. A parte realmente estranha não é a velocidade, mas o comportamento de escala. As baterias convencionais tornam-se mais lentas a carregar à medida que crescem. Mais capacidade significa mais tempo, mas as baterias quânticas fazem o oposto. Quanto mais moléculas forem empacotadas no dispositivo, mais rápido cada uma se carrega—porque, ao nível quântico, elas não agem individualmente. Elas comportam-se coletivamente, partilhando a energia recebida numa única explosão coordenada que os investigadores chamam de “superabsorção”.

Tecnicamente, os investigadores dizem que o tempo de carregamento diminui como 1/√N, onde N é o número de moléculas. Dobrar a bateria, quase metade do tempo de carregamento, e assim por diante. “Os nossos resultados confirmam um efeito quântico fundamental que é completamente contraintuitivo: as baterias quânticas carregam mais rápido à medida que aumentam de tamanho”, disse Quach à Universidade de Melbourne. “As baterias atuais não funcionam assim.”  Esta propriedade tinha sido prevista matematicamente desde 2013, e uma versão parcial foi demonstrada em 2022. O que há de novo aqui é o ciclo completo: a equipa descobriu como retirar a energia armazenada como corrente elétrica, algo que nenhuma experiência anterior com baterias quânticas conseguiu fazer. O dispositivo também funciona a temperatura ambiente—uma vantagem prática em relação às abordagens supercondutoras de origem chinesa e espanhola, que requerem refrigeração criogénica. A aplicação imediata não é o seu carro elétrico ou algo assim. A capacidade total do protótipo é medida em biliardos de elétron-volts—suficiente para alimentar nada no mundo real ainda. Mas os computadores quânticos são uma história diferente. Esses sistemas já estão a avançar mais rápido do que a maioria esperava, e têm um problema energético específico: os seus estados quânticos delicados exigem energia entregue de forma coerente, sem o ruído que a eletrónica convencional introduz. Uma bateria quântica carrega e descarrega usando a mesma linguagem quântica que esses processadores utilizam. “As baterias quânticas poderiam fornecer energia de forma coerente, com o mínimo custo energético para os computadores quânticos”, afirmou o Professor Andrew White, que lidera o laboratório de tecnologia quântica na Universidade de Queensland e não esteve envolvido na pesquisa, ao The News Digital. O CSIRO já procura parceiros de desenvolvimento, incluindo fabricantes de veículos elétricos e investidores em tecnologia avançada, para impulsionar a pesquisa. A teoria teve uma vantagem de uma década sobre o hardware. Agora, o hardware finalmente alcançou o ritmo.