Batterie quantiche superveloci, l’energia del futuro

L’infinitamente piccolo messo al servizio dell’energia del futuro. Uno studio del CNR e del Politecnico di Milano apre la strada alla produzione di batterie quantistiche superveloci che seguendo le leggi della fisica quantistica, offriranno un tempo di ricarica inversamente correlato alla quantità di energia immagazzinata. Numerosi, i possibili utilizzi: caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche.

Le batterie quantiche sono una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia che operano secondo i principi della fisica quantistica, la scienza che studia l’infinitamente piccolo dove non sempre valgono le leggi della fisica classica. 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 hanno dimostrato che è possibile fabbricare un tipo di batteria quantica dove il potere di ricarica aumenta più velocemente aumentando la capacità della batteria.

La ricerca, svolta in collaborazione con gruppi indipendenti internazionali, è stata pubblicata su Science Advances. “Le batterie quantiche – spiega la Virgili – presentano una proprietà contro-intuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata”.

Da qui, l’idea che ha entusiasmato i ricercatori: il potere di carica delle batterie quantiche può essere super-estensivo, cioè aumentare più velocemente con le dimensioni della batteria.  E quindi il dispositivo fabbricato è una microcavità in cui il materiale attivo è costituito da molecole organiche disperse in una matrice inerte.

“Ogni molecola – racconta Giulio Cerullo – 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”. Costruendo quindi la batteria quantica in un modo in cui le unità possono esistere in sovrapposizione, il sistema totale può comportarsi collettivamente.

Questo comportamento, noto come coerenza quantistica, consente alle unità di agire in modo cooperativo, dando origine a una carica iper-veloce che dipende dal numero delle molecole-unità. “In futuro questo tipo di dispositivo potrà essere applicato in vari ambiti scientifici e tecnologici come ad esempio caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche”, conclude Tersilla Virgili.

L’infinitamente piccolo messo al servizio dell’energia del futuro. Uno studio del CNR e del Politecnico di Milano apre la strada alla produzione di batterie quantistiche superveloci che seguendo le leggi della fisica quantistica, offriranno un tempo di ricarica inversamente correlato alla quantità di energia immagazzinata. Numerosi, i possibili utilizzi: caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche.

Le batterie quantiche sono una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia che operano secondo i principi della fisica quantistica, la scienza che studia l’infinitamente piccolo dove non sempre valgono le leggi della fisica classica. 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 hanno dimostrato che è possibile fabbricare un tipo di batteria quantica dove il potere di ricarica aumenta più velocemente aumentando la capacità della batteria.

La ricerca, svolta in collaborazione con gruppi indipendenti internazionali, è stata pubblicata su Science Advances. “Le batterie quantiche – spiega la Virgili – presentano una proprietà contro-intuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria e cioè alla quantità di carica elettrica immagazzinata”.

Da qui, l’idea che ha entusiasmato i ricercatori: il potere di carica delle batterie quantiche può essere super-estensivo, cioè aumentare più velocemente con le dimensioni della batteria.  E quindi il dispositivo fabbricato è una microcavità in cui il materiale attivo è costituito da molecole organiche disperse in una matrice inerte.

“Ogni molecola – racconta Giulio Cerullo – 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”. Costruendo quindi la batteria quantica in un modo in cui le unità possono esistere in sovrapposizione, il sistema totale può comportarsi collettivamente.

Questo comportamento, noto come coerenza quantistica, consente alle unità di agire in modo cooperativo, dando origine a una carica iper-veloce che dipende dal numero delle molecole-unità. “In futuro questo tipo di dispositivo potrà essere applicato in vari ambiti scientifici e tecnologici come ad esempio caricabatterie senza fili, celle solari e macchine fotografiche”, conclude Tersilla Virgili.

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