Energía solar ultraeficiente

Duplicar la eficiencia de los dispositivos solares cambiaría por completo la economía de la energía renovable. Presentamos un diseño que podría hacerlo posible.

Harry Atwater cree que su laboratorio puede crear un dispositivo práctico y económico que produzca más del doble de la energía solar generada por los paneles actuales. La hazaña es posible -.según señala el profesor de ciencias de los materiales y física aplicada de Caltech (Instituto Tecnológico de California, en Estados Unidos), gracias a recientes avances en la capacidad de manipular la luz a muy pequeña escala. Los paneles solares en el mercado hoy día se componen de células hechas de un único material semiconductor, generalmente silicio. Dado que el material absorbe solo una estrecha banda del espectro solar, gran parte de la energía de la luz del sol se pierde en forma de calor: estos paneles típicamente convierten menos del 20 por ciento de esa energía en electricidad. Sin embargo, el dispositivo que Atwater y sus colegas tienen en mente poseería una eficacia de al menos el 50 por ciento. Utilizaría un diseño que divide de manera eficiente la luz solar, al igual que lo hace un prisma, en entre seis y ocho componentes de longitudes de onda, cada uno de los cuales produce un color de luz diferente. A continuación cada color sería dispersado a una célula hecha de material semiconductor capaz de absorberlo. El equipo de Atwater está trabajando en tres diseños. En uno de ellos (en la ilustración), para el que el grupo ha creado un prototipo, la luz del sol se recoge mediante un comedero metálico reflectante y se dirige a un ángulo específico en una estructura hecha de un material aislante transparente. Múltiples células solares recubren la parte exterior de la estructura transparente, y cada una está compuesta por entre seis y ocho semiconductores diferentes. Una vez que la luz entra en el material, se topa con una serie de delgados filtros ópticos. Cada uno permite que un único color pase a través de ellos para iluminar una célula capaz de absorberlo; los colores restantes se reflejan hacia otros filtros diseñados para permitir que pasen por ellos. Otro diseño emplearía filtros ópticos a nanoescala que podrían filtrar la luz procedente desde todos los ángulos. Y un tercero utilizaría un holograma en lugar de filtros para dividir el espectro. Aunque los diseños son diferentes, la idea básica es la misma: combinar células de diseño convencional con técnicas ópticas para aprovechar de manera eficiente el amplio espectro de la luz solar y desperdiciar mucha menos energía. Aún no está claro qué diseño ofrecerá el mejor rendimiento, asegura Atwater. Sin embargo, los dispositivos previstos resultarían menos complejos que muchos productos electrónicos existentes en el mercado hoy día, afirma, y confía en que una vez que se fabrique y optimice un prototipo convincente, podría ser comercializado de una manera práctica. Alcanzar niveles de ultraeficiencia en los diseños solares debe ser un objetivo primordial de la industria, afirma Atwater, ya que actualmente es "el mejor motivo que tenemos" para reducir el coste de la energía solar. Los precios de los paneles solares se han desplomado en los últimos años, por lo que seguir centrándose en hacer que sean menos costosos tendría poco impacto en el coste total de un sistema de energía solar. Los gastos relacionados con cosas como el cableado, la tierra, los permisos y la mano de obra hoy día constituyen la gran mayoría de dicho coste. Crear módulos más eficientes haría que fueran necesarios menos paneles para producir la misma cantidad de energía, por lo que los costes de instalación de hardware podrían reducirse en gran medida. "Dentro de unos años", señala Atwater, "no tendrá ningún sentido trabajar en tecnología que tenga niveles de eficiencia menores al 20 por ciento". FUENTE:technologyreview

Unos físicos descubren el secreto del control remoto cuántico

La capacidad para controlar una partícula cuántica al manipular otra en otro lugar parece ciencia ficción. Ahora unos físicos afirman saber cómo hacerlo.

La teleportación es uno de los fenómenos más extraordinarios del mundo cuántico. Permite que un objeto cuántico, como un fotón o un electrón, viajen de un punto a otro sin pasar por el espacio que hay entre ellos. La teleportación es un procedimiento estándar en cualquier laboratorio de mecánica cuántica decente. Los físicos la usan a diario para la comunicación y la computación cuánticas. Si eso suena exótico, aún no has visto nada; la teleportación va a ser mucho más rara aún. Esto es así porque, hasta ahora, los físicos solo han sido capaces de teleportar partículas únicas, de una en una. La semana pasada, Christine Muschik y un puñado de compañeros del Parque tecnológico del Mediterráneo en Barcelona afirmaron haber descubierto cómo teleportar cosas cuánticas de forma continua. Eso les permitirá manipular una partícula cuántica al mismo tiempo que observan los efectos en otra partícula en otro lugar. En esencia es el control remoto cuántico. El montaje básico es una extensión evidente de la teleportación tradicional. Y es posible gracias a un raro fenómeno cuántico denominado entrelazamiento, que tiene lugar cuando dos partículas cuánticas están tan profundamente entrelazadas que comparten la misma existencia. En términos matemáticos, ambas partículas se representan mediante una única función de onda. Por lo tanto, cualquier manipulación de una partícula influye automáticamente en la otra al instante, independientemente de la distancia que haya entre ellas. La teleportación se da cuando la primera de estas partículas entrelazada interactúa con otra partícula cuántica, llamémosla X. Esta interacción influye inmediatamente el estado de la segunda partícula entrelazada. El truco perfeccionado por los físicos es manipular esta interacción para que la segunda partícula entrelazada acabe en el mismo estado que la partícula cuántica llamada X. No es solo un estado muy similar, es un estado idéntico; ninguna variable podría distinguir esta partícula de la X original. Cuando este sucede, X ha sido teleportada. La nueva técnica funciona de forma parecida. Para empezar, los físicos crean una pareja de partículas entrelazadas. Después colocan una partícula en un campo magnético variable para influir en su estado. El nuevo truco que han descubierto es montar este experimento de tal forma que la manipulación de la primera partícula hace que el estado de su pareja entrelazada cambie de la misma manera. En otras palabras, usan el campo magnético de una región del espacio para controlar continuamente el estado de una partícula en otro punto del espacio. O como lo explican Muschik y sus compañeros: "Demostramos cómo la capacidad de llevar a cabo operaciones cuánticas continua y deterministamente se puede aprovechar para inducir dinámicas no locales entre dos partes separadas". La nueva técnica se basa en un sutil truco. Hace mucho que los físicos saben que el entrelazado es algo frágil, al tomar una medida de una de las partículas de la pareja se destruye el enlace entre ellas, y por eso los físicos solo han sido capaces de teleportar partículas únicas de una en una. De hecho, este es un problema generalizado en el mundo cuántico, si estornudas destruyes la naturaleza cuántica del sistema que estás estudiando. Sin embargo, en los últimos años los físicos han descubierto cómo manipular objetos cuánticos sin destruir su naturaleza cuántica. El truco consiste en empujarlas con mucha suavidad. Hacerlo de forma continua acaba por producir un cambio significativo al mismo tiempo que se conservan las características cuánticas del sistema. El avance logrado por Muschik y sus compañeros es averiguar cómo llevar a cabo el mismo tipo de empujones suaves sobre un sistema entrelazado, algo que conduce inmediatamente al control remoto cuántico. Es un desarrollo interesante y potencialmente importante con un único pero: el nuevo trabajo es solo teórico. Sin embargo, no parece haber ninguna razón por la que el control remoto cuántico no se pudiera intentar lograr en un laboratorio cuántico óptico decente ahora mismo. De hecho, varios miembros de este equipo tienen acceso exactamente al tipo de instalaciones que se podrían usar para poner a prueba la idea. Cuesta creer que estos chicos no se hayan pasado algunas horas enredando con espejos y paños para lentes en un intento por lograr que la teoría funcione, así que quizá podamos ser razonablemente optimistas respecto a la posibilidad de una verificación experimental más pronto que tarde. Una pregunta más interesante quizá sea saber qué utilidad tendrá finalmente el control remoto cuántico. La capacidad de controlar el estado de objetos cuánticos a distancia debería tener importantes aplicaciones. Quizá los lectores de este blog se atrevan a sugerir algunas de ellas en los comentarios. Fuente:technologyreview