Diffusione e rilevanza internazionale per un articolo scientifico sulle tecnologie quantistiche firmato dai docenti dell’Università dell’Insubria Giuliano Benenti e Vahid Shaghaghi, con Dario Rosa e Varinder Singh dell’Institute for Basic Science di Daejeon della Corea del Sud. Pubblicato su Quantum Science and Technology, l’articolo è stato rilanciato su molte testate giornalistiche e su siti scientifici.

Le tecnologie quantistiche, cioè i dispositivi tecnologici ottenuti costruendo e manipolando sistemi quantomeccanici, stanno diventando una realtà e hanno bisogno di energia per funzionare. Questa semplice considerazione ha portato i ricercatori, negli ultimi dieci anni, a sviluppare l'idea delle batterie quantistiche, che sono sistemi quantomeccanici utilizzati come dispositivi di accumulo di energia. Grazie agli effetti quantistici, un insieme di molte batterie quantistiche sarebbe enormemente più veloce nella ricarica, rispetto a un protocollo di ricarica classico. Nonostante questi risultati teorici, la realizzazione sperimentale di batterie quantistiche presenta notevoli difficoltà pratiche.

Con queste motivazioni, è chiaramente di estrema importanza trovare nuove ed accessibili piattaforme quantistiche che possano essere utilizzate come batterie quantistiche. Il gruppo di ricerca composto da Giuliano Benenti e Vahid Shaghaghi dell’Insubria, e da Dario Rosa e Varinder Singh, dell’Institute for Basic Science di Daejeon, ha rivisitato un sistema quantomeccanico che è stato molto studiato in passato: il micromaser, in cui un fascio di atomi veniva utilizzato per pompare fotoni in una cavità. L'energia viene immagazzinata nel campo elettromagnetico, che viene caricato da un flusso di qubit che interagiscono in sequenza con esso. Il qubit è il matttone fondamentale della teoria dell’informazione quantistica, un sistema quantistico che a differenza del bit classico può trovarsi non solo in due stati (come testa e croce per una moneta) ma anche in una sovrapposizione di tali stati.

Nell’articolo pubblicato su Quantum Science and Technology, i ricercatori hanno mostrato che i micromaser hanno caratteristiche che li rendono eccellenti modelli di batterie quantistiche. In particolare, una delle principali preoccupazioni, quando si cerca di utilizzare un campo elettromagnetico per immagazzinare energia, è che in linea di principio il campo elettromagnetico potrebbe assorbire un'enorme quantità di energia, potenzialmente molto più di quella necessaria. Facendo un'analogia con un caso semplice, ciò corrisponderebbe alla batteria di un telefono che, una volta collegato, continua ad aumentare la sua carica all'infinito: è immediato rendersi conto che, in uno scenario del genere, dimenticare il telefono collegato potrebbe essere estremamente rischioso, poiché non ci sarebbe alcun meccanismo per interrompere la carica. I ricercatori hanno dimostrano che nei micromaser questo non può accadere: il campo elettromagnetico raggiunge rapidamente una configurazione finale, la cui energia può essere determinata e decisa a priori durante la costruzione del micromaser. Questa proprietà garantisce la protezione dai rischi di sovraccarico.

I risultati ottenuti suggeriscono che i micromaser potrebbero essere considerati come nuove piattaforme molto promettenti da utilizzare per costruire batterie quantistiche. Il fatto che questi sistemi siano già stati implementati in realizzazioni sperimentali da molti anni potrebbe dare un serio impulso alla costruzione di nuovi prototipi accessibili di batterie quantistiche.

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(Nella fotografia, la visualizzazione grafica di un cellulare con una batteria quantistica, caricata in modo incontrollato con possibili danni, a sinistra, e con un protocollo a micromaser dove l’energia accumulata viene prefissata, a destra; fonte: Institute for Basic Science)