La ricarica quantistica ridurrà il tempo di ricarica dei veicoli elettrici da dieci ore a tre minuti. Che si tratti di fotovoltaico o di fusione, prima o poi la civiltà umana deve rivolgersi alle energie rinnovabili. Ciò è considerato inevitabile considerando le crescenti richieste energetiche dell'umanità e la natura limitata dei combustibili fossili. Come tale, sono state condotte molte ricerche al fine di sviluppare fonti alternative di energia, la maggior parte delle quali utilizza l'elettricità come principale vettore energetico.
L'ampia ricerca e sviluppo nelle energie rinnovabili è stata accompagnata da graduali cambiamenti sociali man mano che il mondo adottava nuovi prodotti e dispositivi funzionanti su fonti rinnovabili. Il cambiamento di recente più sorprendente è la rapida adozione di veicoli elettrici. Attualmente milioni di auto elettriche vengono vendute ogni anno. Il mercato delle auto elettriche è uno dei settori in più rapida crescita e ha contribuito a spingere Elon Musk a diventare l'uomo più ricco del mondo.
A differenza delle auto tradizionali che traggono energia dalla combustione di idrocarburi, i veicoli elettrici si affidano alle batterie come mezzo di accumulo per la loro energia. Per molto tempo, le batterie hanno avuto una densità di energia molto inferiore a quella offerta dagli idrocarburi, il che ha comportato gamme molto basse dei primi veicoli elettrici.
Tuttavia, il graduale miglioramento delle tecnologie delle batterie ha permesso alle auto elettriche di rientrare a livelli accettabili rispetto alle auto a benzina. Non è un eufemismo che il miglioramento della tecnologia di accumulo delle batterie sia stato uno dei principali colli di bottiglia tecnici che dovevano essere risolti per dare il via all'attuale rivoluzione dei veicoli elettrici.
Tuttavia, nonostante i grandi miglioramenti nella tecnologia delle batterie, oggi i consumatori di veicoli elettrici affrontano un'altra difficoltà: la lenta velocità di ricarica della batteria. Attualmente, le auto impiegano circa 10 ore per ricaricarsi completamente a casa. Anche i compressori più veloci nelle stazioni di ricarica richiedono fino a 20-40 minuti per ricaricare completamente i veicoli. Ciò crea costi aggiuntivi e disagi per i clienti.
Per affrontare questo problema, gli scienziati hanno cercato risposte nel misterioso campo della fisica quantistica. La loro ricerca ha portato alla scoperta che le tecnologie quantistiche possono promettere nuovi meccanismi per caricare le batterie a un ritmo più veloce. Tale concetto di "batteria quantistica" è stato proposto per la prima volta in un articolo seminale pubblicato da Alicki e Fannes nel 2012. È stato teorizzato che le risorse quantistiche, come l'entanglement, possono essere utilizzate per accelerare notevolmente il processo di ricarica della batteria caricando tutte le celle all'interno della batteria contemporaneamente in modo collettivo.
Ciò è particolarmente eccitante in quanto le moderne batterie di grande capacità possono contenere numerose celle. Tale carica collettiva non è possibile nelle batterie classiche, dove le celle sono caricate in parallelo indipendentemente l'una dall'altra. Il vantaggio di questa carica collettiva rispetto a quella parallela può essere misurato dal rapporto chiamato "vantaggio di carica quantistica". Più tardi, intorno all'anno 2017, si è notato che ci possono essere due possibili fonti dietro questo vantaggio quantistico: "operazione globale" (in cui tutte le cellule parlano a tutte le altre contemporaneamente, cioè "tutte sedute a un tavolo") e "accoppiamento tutto a tutti" (ogni cellula può parlare con ogni altra, ma vi possono essere "molte discussioni, ma ogni discussione ha solo due partecipanti"). Tuttavia, non è chiaro se entrambe queste fonti siano necessarie e se ci siano limiti alla velocità di ricarica che possono essere raggiunti.
Recentemente, gli scienziati del Center for Theoretical Physics of Complex Systems all'interno dell'Institute for Basic Science (IBS) hanno ulteriormente esplorato queste domande. L'articolo, che è stato scelto come "Editor's Suggestion" sulla rivista Physical Review Letters, ha dimostrato che l'accoppiamento all-to-all è irrilevante nelle batterie quantistiche e che la presenza di operazioni globali è l'unico ingrediente del vantaggio quantistico. Il gruppo è andato oltre per individuare l'esatta fonte di questo vantaggio escludendo qualsiasi altra possibilità e ha persino fornito un modo esplicito di progettare tali batterie.
Inoltre, il gruppo è stato in grado di quantificare con precisione quanta velocità di ricarica può essere raggiunta in questo schema. Mentre la velocità massima di ricarica aumenta linearmente con il numero di celle nelle batterie classiche, lo studio ha dimostrato che le batterie quantistiche che impiegano il funzionamento globale possono raggiungere il ridimensionamento quadratico nella velocità di ricarica. Per illustrare questo, considereremo un tipico veicolo elettrico con una batteria che contiene circa 200 celle. L'utilizzo di questa ricarica quantistica porterebbe a una velocità di 200 volte rispetto alle batterie classiche, il che significa che il tempo di ricarica a casa sarebbe ridotto da 10 ore a circa 3 minuti. Nelle stazioni di ricarica ad alta velocità, il tempo di ricarica verrebbe ridotto da 30 minuti a pochi secondi.
I ricercatori affermano che le conseguenze possono essere di vasta portata e che le implicazioni della ricarica quantistica possono andare ben oltre le auto elettriche e l'elettronica di consumo. Ad esempio, potrebbe trovare usi chiave nelle future centrali elettriche a fusione, che richiedono grandi quantità di energia per essere caricate e scaricate in un istante. Naturalmente, le tecnologie quantistiche sono ancora agli inizi e c'è ancora molta strada da fare prima che questi metodi possano essere implementati nella pratica. Risultati di ricerca come questi, tuttavia, creano una direzione promettente e possono incentivare le agenzie di finanziamento e le imprese a investire ulteriormente in queste tecnologie. Se impiegate, si ritiene che le batterie quantistiche rivoluzionerebbero completamente il modo in cui utilizziamo l'energia e ci porterebbero un passo più vicino al nostro futuro sostenibile.