Investigadores del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur en colaboración con Giuliano Benenti de
Un micromáser es un sistema en el queSe utiliza un haz de átomos para bombear fotones al interior de la cavidad. En pocas palabras, se puede considerar un micromaser como una configuración de espejo de un modelo experimental de batería cuántica: la energía se almacena en un campo electromagnético, que se carga mediante una corriente de qubits que interactúan secuencialmente con él. Investigadores coreanos e italianos han demostrado que los micromasers tienen propiedades que los convierten en modelos ideales para baterías cuánticas.
Uno de los principales problemas con el usoEl campo electromagnético para el almacenamiento de energía es que absorbe una enorme cantidad de energía, más de la necesaria. Es como la batería de un teléfono que, cuando se conecta a la red, se carga sin cesar. En este caso olvidar que el smartphone está conectado a la red es muy peligroso, no existe ningún mecanismo que detenga el proceso.
Dos ejemplos de "teléfonos cuánticos", ambos cargándosebaterías cuánticas basadas en campos electromagnéticos. Izquierda: el protocolo de carga sin usar un micromaser conduce a una carga descontrolada de la batería con posibles daños. Derecha: un protocolo de carga basado en micromaser puede controlar de forma independiente la cantidad de carga que se pone en un teléfono cuántico. Crédito: Instituto de Ciencias Básicas
Sin embargo, los resultados numéricos de los científicos mostraron queEsta situación es imposible en los micromasers. El campo electromagnético alcanza rápidamente una configuración final (técnicamente denominada estado estacionario), cuya energía se determina a priori cuando se construye el micromáser. Esta propiedad proporciona protección contra los riesgos de sobrecarga.
Los científicos también descubrieron que el finalLa configuración del campo electromagnético se encuentra en estado puro. Esto significa que no “trae” la memoria de los qubits que se utilizaron durante la carga. La última propiedad es especialmente importante cuando se trabaja con una batería cuántica. Esto garantiza que toda su energía pueda extraerse y utilizarse cuando sea necesario. No es necesario realizar un seguimiento de los qubits utilizados en el proceso de carga.
Anteriormente, investigadores del Centro de TeóricaLos físicos de sistemas complejos de Corea del Sur han establecido límites estrictos al posible rendimiento de carga de una batería cuántica. En particular, demostraron que un conjunto de baterías cuánticas conducirá a un aumento significativo en la velocidad de carga. Especialmente si lo comparamos con el protocolo clásico. Esto es posible gracias a los efectos cuánticos que permiten cargar simultáneamente los elementos de las baterías cuánticas.
A pesar de estos avances teóricos,Todavía hay pocas implementaciones experimentales de baterías cuánticas. El único contraejemplo reciente conocido utilizó un conjunto de sistemas de dos niveles (muy parecidos a los qubits) para almacenar energía. En este caso, la energía la proporcionaba un campo electromagnético (láser).
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Foto de portada: Rosser1954, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons