El Centro Aeroespacial Alemán (DLR-National Aeronautics and Apace Research Centre) y Cambridge Quantum Computing (CQC) con sede en Reino Unido, exploran el empleo de la computación cuántica para crear modelos avanzados de simulación de baterías. Con el empleo de esta nueva herramienta de cálculo es posible incorporar prototipos de celdas de baterías completos que mejoran el rendimiento del conjunto y, eventualmente, permitan reducir la dependencia de metales tan escasos como el litio.
A diferencia de la computación clásica, basada en el uso de bits que tan solo pueden tomar el valor 0 o 1 en cada iteración, la computación cuántica se basa en el uso de cúbits, que pueden tener los dos estados de manera simultánea. Esta posibilidad que abre el campo a la creación de nuevos algoritmos de cálculo mucho más potentes que permiten resolver ciertos problemas que no se pueden abordar con la informática clásica.
Hasta ahora, el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) ha venido utilizando el modelado informático clásico para aplicarlo a la investigación de diferentes tipos de baterías, incluidas las que emplean las tecnologías de iones de litio. Ahora, DLR avanzará un paso más, aplicando todo el potencial de la informática cuántica para el diseño de celdas de baterías empleando los algoritmos cuánticos de Cambridge Quantum Computing (CQC). DLR renderizará sus simulaciones en un ordenador cuántico IBM Q, el primero que se desarrolla para su uso comercial y que combina tanto computación cuántica como tradicional. Gracias al marco de desarrollo de software de CQC para su ejecución en computadoras cuánticas será posible resolver sistemas parciales de ecuaciones diferenciales que generen una simulación unidimensional de una celda de batería de iones de litio.
A partir de esta celda, se sentarán las bases para la exploración de simulaciones multiescala de baterías mediante la renderización de modelos 3D completos. Un enfoque de múltiples escalas incorpora información de diferentes niveles del sistema (atómico, molecular y macroscópico) que da como resultado una simulación más manejable y realista. Potencialmente, estas simulaciones deberían acelerar la investigación y el desarrollo de baterías que pueden ser empleadas en una gran variedad de aplicaciones reales basadas en energías sostenibles.
En el caso de los vehículos eléctricos, la mejora de las celdas de la batería tiene dos resultados muy importantes a corto y medio plazo. Con un parque de vehículos eléctricos mayoritario que demande una gran cantidad de energía a las redes eléctricas, se hace imprescindible controlar cuando un vehículo necesita recargar su batería y cuando puede ofrecer energía. Se trata de un papel importante que desempeñar a nivel almacenamiento de energía procedente de fuentes renovables y en la estabilización de la curva de demanda y oferta de la red eléctrica. Además, la investigación de baterías con herramientas cuánticas podría reducir la dependencia del litio, un metal que provocará problemas en la cadena de suministro por su escasez y por los problemas éticos que conlleva su extracción.
Actualmente, ya existen asociaciones de empresas que están uniendo sus esfuerzos para mejorar las baterías empleando computación cuántica. Es el caso de IBM y Daimler que en enero de 2020 anunciaron un estudio similar al que presentan ahora DLR y CQC. Samsung y Honeywell también presentaron una estrategia similar a principios de este año.
