Oggi la tecnologia utilizza, per tutte le varie applicazioni, batterie convenzionali che funzionano sulla base di princìpi classici elettrochimici sviluppati nel XVIII secolo.

Batterie quantiche: cosa sono e perché ci interessano

Recentemente è stato dimostrato che è possibile avere una nuova tipologia di batterie, chiamate batterie quantiche: esse rappresentano un’innovativa classe di dispositivi di accumulo di energia che invece opera secondo princìpi chiaramente quantistici. Le batterie quantiche presentano una proprietà controintuitiva in cui il tempo di ricarica è inversamente correlato alla capacità della batteria. Ciò porta all’interessante idea che il potere di carica delle batterie quantiche sia super-estensivo; cioè, aumenta più velocemente delle dimensioni della batteria.

Un prototipo di batteria quantica

Negli ultimi anni vari gruppi teorici hanno teorizzato la possibilità di poter fabbricare un dispositivo di questo tipo, ma sperimentalmente non è stato facile realizzarlo. Come si legge in questo studio, pubblicato su Science Advances, ciò è stato possibile grazie alla sinergia di vari gruppi di ricerca situati in diverse parti del mondo (Italia, UK, Australia). L’idea vincente è stata quella di costruire la batteria come una microcavità utilizzando come materiale attivo uno strato sottile organico.
Il dispositivo fabbricato è composto infatti da molecole organiche disperse in una matrice trasparente alla luce visibile e poste tra due specchi altamente riflettenti, in modo da formare appunto una microcavità (schematizzata nell’immagine di copertina). Così la luce che entra nella cavità rimane intrappolata a lungo e quindi interagisce per un periodo consistente con le molecole.

Ogni molecola può assumere due stati energetici: lo stato fondamentale e lo stato eccitato che si attiva dopo l’interazione con la luce. Questo significa che la molecola può esistere anche in uno stato di sovrapposizione quantistica di questi due livelli energetici, proprio come un qubit può essere sia 0 che 1 contemporaneamente nei computer quantistici.
Costruendo la batteria quantica in modo che le unità possano esistere in sovrapposizione, il sistema totale può avere un comportamento collettivo. Questo comportamento intrigante, 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.
Per ora la batteria realizzata è un prototipo, la sfida in futuro è di realizzare dispositivi più grandi e tecnologicamente più avanzati. La loro realizzazione potrebbe essere di vitale importanza in vari scenari scientifici e tecnologici quali: caricabatterie senza fili, celle solari, macchine fotografiche e tanto altro.