Se non siete esperti del settore, magari, l’espressione “batterie quantiche” non vi dirà niente. Forse lo assocerete, come chi scrive, alle parole che si odono nei dialoghi di qualche fiction fantascientifica. Invece, per la comunità scientifica e tecnologica, vuol dire molto. La fattibilità, non solo teorica ma anche sperimentale, della batteria quantica è stata dimostrata per la prima volta dai ricercatori Giulio Cerullo, del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, e Tersilla Virgili, dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche, in uno studio sviluppato in collaborazione con gruppi di ricerca internazionali, pubblicato su Science Advances.
Il fenomeno è chiamato superabsorption e ha tutte le carte in regola per portare allo sviluppo una nuova classe di dispositivi di accumulo di energia a partire da modelli e prototipo realizzati dagli scienziati. Il nucleo centrale del modello è l’idea che i sistemi più grandi assorbano energia più velocemente. A partire da qui, Cerullo e Virgili hanno sviluppato sperimentalmente per la prima volta un prototipo di batteria quantica: semplificando, il dispositivo fabbricato consiste in microcavità riempite di molecole organiche, disperse in una matrice inerte, caricate con un laser.
“Ogni molecola rappresenta un’unità che può esistere in uno stato di sovrapposizione quantistica di due livelli di energia
spiegano gli autori dello studio: in modo da permettere alle varie unità di esistere in sovrapposizione, si dà la possibilità al sistema totale di comportarsi collettivamente. Questo comportamento, noto come coerenza quantistica, consente alle unità di agire in modo cooperativo, dando origine a una carica iperveloce che dipende sul numero di unità-molecole.
“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 di base dell’informazione quantistica, può essere sia 0 che 1 contemporaneamente nei computer quantistici”, spiega Cerullo. La spettroscopia ottica ultraveloce ha permesso di osservare la dinamica di carica con una risoluzione temporale nell’ordine dei femtosecondi, e quindi dimostrare velocità di carica e capacità di archiviazione.
Siamo ancora molto lontani da un uso commerciale di questo tipo di batteria, ma lo sviluppo di nuove tecnologie di cattura, stoccaggio e trasporto dell’energia, in combinazione con le interconnessioni tra reti, è cruciale in tutti gli scenari legati alla transizione energetica e indispensabile per integrare l’intermittenza delle fonti rinnovabili. L’obiettivo di Cerullo e Virgili adesso è quello di sviluppare un prototipo di batteria quantistica completamente funzionante che potrebbero aprire la strada a nuovi sistemi di alimentazione per veicoli elettrici e dispositivi elettronici.
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