Batterie quantiche superveloci: il futuro delle ricariche sarà wireless

Se, come pare, il futuro prossimo sarà popolato dalle auto a guida autonoma e dai taxi droni, non vediamo perché i nostri dispositivi non potranno essere caricati in modalità wireless e con tempi rapidissimi.

E infatti è proprio quello che dovrebbe succedere grazie alle batterie quantiche superveloci. Almeno, questo è l’esito di uno studio internazionale condotto da un pool di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr e del Politecnico di Milano, assieme a ulteriori gruppi di ricerca di altri Paesi. Gli esiti dello studio sono stati pubblicati su Science Advances venerdì 14 gennaio.

L’aspetto più affascinante della scoperta sulle batterie quantiche risiede in un concetto controintuitivo. Il tempo di ricarica richiesto da queste batterie sarà infatti inversamente proporzionale alla quantità di energia immagazzinata.

Finora avevamo sentito parlare di computer quantici (o quantistici). Avevamo imparato che questi strumenti, sfruttando appunto la meccanica quantistica, sono in grado di effettuare calcoli in parallelo. E di ridurre così i tempi di elaborazione di operazioni estremamente complesse, da diversi anni a pochi minuti.

Vediamo adesso la scoperta che riguarda le batterie quantiche superveloci, e i loro possibili ambiti di utilizzo.

Le batterie quantiche

La scoperta delle batterie quantiche è sorprendente e, come dicevamo, controintuitiva. Va a concretizzare uno studio, a dire il vero ancora piuttosto vago, presentato nel 2019 dalle università di Alberta e di Toronto.

Le batterie quantiche sono una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia che operano secondo i principi della fisica quantistica. E il cui tempo di ricarica è inversamente correlato alla quantità di energia immagazzinata. Ovvero: il potere di ricarica aumenta più velocemente aumentando la capacità  della batteria.

La parola ai ricercatori

Allo studio hanno lavorato Tersilla Virgili dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) e Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.

Sono i due ricercatori a spiegare le proprietà delle batterie quantiche.

Dice Tersilla Virgili: “Le batterie quantiche presentano una proprietà controintuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria, e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata. Ciò porta all’idea intrigante che il potere di carica delle batterie quantiche sia super-estensivo, e cioè che aumenti più velocemente all’aumentare delle dimensioni della batteria”.

Giulio Cerullo aggiunge: “Ogni molecola rappresenta un’unità che può esistere in uno stato di sovrapposizione quantistica di due livelli di energia (fondamentale ed eccitato), simile al modo in cui un qubit, l’unità base di informazione quantistica, può essere sia 0 che 1 contemporaneamente nei computer quantistici”.

In estrema sintesi possiamo dire che questo comportamento, noto come coerenza quantistica, permette una carica iperveloce delle batterie quantiche, che dipende dal numero delle molecole-unità presenti. Ecco perché il volume della batteria influisce sui tempi di ricarica.

Le possibili applicazioni future

Tersilia Virgili illustra poi le possibili applicazioni future delle batterie quantiche superveloci: “In futuro questo tipo di dispositivo potrà essere applicato in vari ambiti come ad esempio caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche”.

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• Sisini, Francesco (Autore)

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Il concetto di superassorbimento

Alla ricerca hanno preso parte anche i ricercatori dell’Università di Adelaide e dell’Università di Sheffield. Che hanno illustrato il concetto controintuitivo, che hanno chiamato “superassorbimento”.

Come ha operato il team? Lavorando sperimentalmente al modello di una batteria quantistica. E cioè posizionando uno strato attivo di molecole organiche fotoassorbenti in una microcavità tra due specchi. Le molecole sono state poi caricate per mezzo di un laser.

Ed ecco che, nello spiegare gli esiti dell’esperimento, il dottor James Q. Quach dell’Università di Adelaide torna a parlare di sovrapposizione quantistica. Ha detto Quach: “Lo strato attivo della microcavità contiene materiali semiconduttori organici che immagazzinano l’energia. Alla base dell’effetto superassorbente delle batterie quantiche c’è l’idea che tutte le molecole agiscano collettivamente attraverso una proprietà nota come sovrapposizione quantistica.

Con l’aumento delle dimensioni della microcavità e del numero di molecole, il tempo di ricarica è diminuito. Questo rappresenta una svolta significativa. E segna una pietra miliare nello sviluppo della batteria quantistica”.

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