Una batería de litio se parece a una pequeña ciudad: los iones de litio son los habitantes que se mudan entre los barrios-electrodos, generando corriente. Pero para saber cuánta energía puede entregar la ciudad, no basta con conocer el plano de las calles (la estructura del material), sino también cómo interactúan los habitantes con los vecinos, el transporte e incluso el clima. En física de baterías, esto se llama intercambio con reservorios: electrónico, iónico y térmico.
Los modelos computacionales convencionales suelen cerrar la ciudad con llave, ignorando estos intercambios. El nuevo algoritmo cuántico hace lo contrario: crea para cada reservorio una cadena intermediaria que transmite fielmente todas las influencias, pero que sigue siendo lo bastante simple para los futuros ordenadores cuánticos. Este enfoque permitió calcular el voltaje para dos materiales: fosfato de litio y hierro y espinela de litio y manganeso. Para el primero, el pico en la curva de capacidad cayó en la meseta experimental con una precisión de más-menos 5 milivoltios, como predecir la altura de una ola con un error de unos centímetros. Para el segundo material, donde los iones de manganeso con diferentes cargas crean un complejo juego de repulsiones, el algoritmo produjo dos mesetas con una separación de 125 milivoltios, solo un 17% menos que los 150 milivoltios reales.
La gran sorpresa: el mismo algoritmo, sin modificaciones, describe también fenómenos completamente distintos: la coherencia cuántica macroscópica, la superconductividad en dos bandas e incluso la resonancia de neutrinos en el interior de las estrellas. Como una llave maestra, sirve para cerraduras de formas diferentes. Para calcular por completo una curva de voltaje se necesitan alrededor de 1,7 billones de operaciones cuánticas, pero se pueden dividir en mil trayectorias paralelas. Sigue siendo un desafío para las máquinas del futuro, pero el camino está abierto: la brújula cuántica para la batería ya está calibrada.
El pico de capacidad para uno de los materiales se predijo con una precisión de 5 milivoltios, aproximadamente una centésima parte del voltaje de una pila AA.