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Pesquisadores da Universidade de Gênova revelaram um novo tipo de bateria que aproveita os princípios da mecânica quântica envolvendo os spins dos elétrons no reino quântico. A chamada bateria quântica oferece potencial para ser muito mais compacta, eficiente e de carregamento mais rápido do que as baterias convencionais.
As descobertas da equipe, publicadas recentemente em Cartas de revisão físicaapresentam um design baseado em sistemas de spin quântico que pode revolucionar a forma como armazenamos e usamos energia.
“Nossos resultados podem desempenhar um papel relevante no projeto de baterias quânticas de estado sólido estáveis”, escreveu a equipe em seu artigo.
Uma bateria quântica sem carregador externo
Diferente baterias tradicionais que dependem de campos externos para carregar, a bateria quântica desenvolvida pela equipe da Universidade de Gênova utiliza um mecanismo interno inovador. Este projeto, liderado pelo pesquisador sênior Dario Ferraro e seus colegas, explora o girar graus de liberdade de partículas – uma das propriedades fundamentais dos sistemas quânticos.
“Nossa bateria quântica pode ser vista como a intercalação de duas coleções de ½-spins, os sistemas quânticos mais simples possíveis”, explicou Ferraro em uma declaração recente. “Ao alterar adequadamente a interação entre os elementos das duas cadeias, por exemplo, deslocando uma em relação à outra, torna-se possível reter energia na bateria quântica de forma estável.”
Este método de carregamento interno elimina a necessidade de um campo externo, simplificando o design e melhorando a estabilidade.
O projeto começou como uma colaboração entre diferentes áreas de especialização do grupo de teoria quântica da matéria condensada da Universidade de Gênova, liderado por Maura Sassetti.
“A teoria quântica de muitos corpos e a física do desequilíbrio são temas tradicionais em nosso grupo”, disse Ferraro. “Nesta estrutura, meu colega de escritório Niccolò Traverso Ziani se concentra no estudo de cadeias de spin quânticas analiticamente solucionáveis, enquanto eu estudo baterias quânticas – dispositivos miniaturizados capazes de armazenar energia explorando princípios da mecânica quântica. Achamos que a dissertação de mestrado de Riccardo Grazi poderia ser uma boa desculpa para unir nossos interesses de pesquisa.”
Seus esforços colaborativos levaram ao projeto bem-sucedido de uma bateria quântica de spin que poderia operar com um número muito maior de elementos do que era possível anteriormente. Este avanço marca um passo significativo no desenvolvimento de baterias quânticas práticas.
Um vislumbre do futuro
Os resultados da equipe despertaram entusiasmo no campo, pois o novo protocolo de cobrança simplifica o processo e se mostra robusto contra pequenas imprecisões na operação em tempo real. Os pesquisadores veem um vasto potencial para seu trabalho influenciar outras tecnologias quânticas.
“Acreditamos que isso abrirá novas e interessantes perspectivas no estudo de baterias quânticas, incluindo a possibilidade de realizá-las usando sistemas como átomos neutros, que estão atualmente entre as plataformas líderes na corrida em direção a computadores quânticos de grande escala”, disse Ferraro. disse.
Baterias como esta poderiam desempenhar um papel fundamental no avanço computadores quânticosuma tecnologia preparada para revolucionar a computação ao resolvendo problemas intratável para computadores clássicos. Ao contrário das fontes de energia tradicionais, as baterias quânticas são projetadas para aproveitar os mesmos princípios quânticos – como superposição e emaranhamento – que alimentam os computadores quânticos. A sua capacidade de carregamento rápido e eficiente poderia fornecer a energia estável e precisa necessária para operar processadores quânticos, que são notoriamente sensíveis a perturbações ambientais.
Olhando para o futuro, os pesquisadores planejam investigar como fatores ambientais como temperatura e interações de longo alcance afetam o processo de carregamento dessas baterias quânticas.
“Nosso principal objetivo é identificar uma estrutura geral, aplicável a uma ampla gama de sistemas, para determinar se eles são candidatos adequados para implementação como baterias quânticas”, acrescentou Ferraro.
Kenna Hughes-Castleberry é comunicadora científica da JILA (um instituto de pesquisa em física líder mundial) e redatora científica do The Debrief. Siga e conecte-se com ela no céu azul ou entre em contato com ela por e-mail em kenna@thedebrief.org
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