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.
Para ello, se necesitan, sin embargo, baterías cuánticas que -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 en 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 investigador propuso extraer esa energía de un sistema en equilibrio termodinámico, es decir, un sistema que es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado, lo que permite “proteger” la energía que contiene y evitar que se pierda.
Las leyes de la Termodinámica dicen, sin embargo, 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 académico de la Universidad de Chile 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 Felipe Barra. 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”, señaló.
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”, explica el investigador.
Todos estos hallazgos podrían impactar a futuro en las tecnologías cuánticas, que sigue siendo un área que está en “pañales” y a las que les queda un largo trecho para poder implementarse en la práctica. Sin embargo, estas investigaciones abren caminos prometedores sobre estas baterías que podrían revolucionar la forma en que usamos la energía. “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”, dice el investigador del Núcleo Milenio.
