La pila clásica podría quedar en el olvido. Los avances en materia teórica y práctica hacia el mundo cuántico acercan cada día más a la tecnología a dispositivos más pequeños, más rápidos y más eficientes. Así es la historia de la pila de fase cuántica.
Una colaboración de investigadores del País Vasco e Italia fabricaron una pila que genera una supercorriente sin la necesidad de voltaje. La investigación se compuso de dos etapas. Una teórica que llevaron a cabo los investigadores del País Vasco, Sebastian Bergeret e Ilya Tokatly, ambos asociados del Donostia International Physics Center. La otra cara la dio la física experimental con los investigadores italianos que identificaron los materiales adecuados para dar con la pila de fase cuántica.
La pila clásica o de voltaje
Una pila eléctrica o de voltaje es un dispositivo que transforma la energía química en energía eléctrica a través de un proceso químico transitorio. Las pilas funcionan con dos electrodos -uno positivo y otro negativo- dentro de una disolución conductora de electricidad, llamada electrolito.
Los electrodos o polos se sumergen en un líquido o pasta que es el electrilito. Cuando reaccionan, el ánodo produce electrones y el cátodo produce un defecto de electrones.
Cuando los electrones que sobran del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo hacia la pila es cuando se produce la corriente eléctrica. La generación de electrones es el proceso de oxidación. El defecto de electrones se llama reducción.
Física teórica y física experimental
En 2015, Sebastian Bergeret e Ilya Tokatly estudiaron desde el punto de vista teórico las propiedades espectrales de un cable superconductor con un defecto magnético. Los hallazgos los llevaron a proponer un sistema teórico que proporcionaba el conocimiento necesario para construir una pila de fase.
Teóricamente la pila combinaba materiales superconductores y magnéticos que desencadenaban un acoplamiento espín-órbita. Un efecto relativista intrínseco producto de la interacción de un electrón con el campo magnético orbital generado por un protón.
Años más tarde los investigadores del Instituto NEST-CNR de Pisa, Francesco Giazotto y Elia Strambini, dieron con la combinación adecuada de materiales para fabricar la pila de fase cuántica.
¿Fase cuántica?
¿En qué consiste la pila? Lo primero que hay que saber es que no hay ni electrodos ni electrolito. La pila de fase cuántica es un núcleo formado por un nanocable de arseniuro de indio, mientras que los polos vendrían a ser cables superconductores de aluminio.
La pila no se carga como la pila clásica a través de un proceso químico que genera una corriente eléctrica, sino que a través de la aplicación de un campo magnético externo. Cuando se producen los momentos magnéticos, se registra la presencia de óxidos y defectos en la superficie del nanocable. La polarización de los momentos magnéticos se transforman en un sesgo de fase persistente eficiente, necesario para la función de onda en un circuito cuántico.
Pila de fase cuántica
La pila de fase cuántica viene a ser un dispositivo clave en las tecnologías cuánticas basadas en la coherencia de fase. En muchas tecnologías cuánticas los dispositivos o circuitos que generan energía se basan en materiales superconductores. En estos materiales las corrientes fluyen sin la necesidad de un voltaje aplicado. Sin que la energía química de los electrodos sumergidos en el electrolito produzcan la corriente eléctrica.
Las corrientes que generan este tipo de materiales se llaman supercorrientes, porque no hay pérdida de energía. La electricidad no se genera a partir de la inducción de los materiales, sino por la diferencia de fase de la función de onda del circuito cuántico, que está directamente relacionada con la naturaleza ondulatoria de la materia. Esa capacidad logra que el dispositivo mantenga la diferencia de fase y pueda verse como una pila de fase cuántica. Un dispositivo capaz de inducir supercorrientes en un circuito cuántico.
El desarrollo de la tecnología cuántica permitirá el despliegue de técnicas de computación que puedan trabajar a altas velocidades y con bajo consumo de energía. Además, tendrían aplicaciones en la medicina y las telecomunicaciones.
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