Il problema della perdita autonoma di carica ha rappresentato finora il principale ostacolo allo sviluppo pratico delle batterie quantistiche, dispositivi rivoluzionari che promettono di superare i limiti imposti dalla fisica classica. Quando questi sistemi perdono coerenza quantistica a causa delle interferenze ambientali, iniziano a dissipare automaticamente l’energia immagazzinata, compromettendo il loro potenziale. Ora, un team di ricercatori cinesi ha presentato una soluzione innovativa che potrebbe superare definitivamente questo limite.
Il diamante come alleato inaspettato
La svolta arriva da un difetto del reticolo cristallino del diamante: il centro azoto-vacanza, utilizzato come supporto per l’accumulo di energia. Questo approccio, descritto su Physical Review Letters, segna un cambio di paradigma rispetto alle precedenti soluzioni, che richiedevano caricatori quantistici esterni. Come spiega Jun-Hong An, coautore dello studio condotto dalle università di Hubei e Lanzhou insieme all’Accademia Cinese delle Scienze, “il nostro schema si basa su una soluzione intrinseca che sopprime l’autoscarica senza la necessità di interventi esterni”.
Il meccanismo sfrutta lo spin elettronico del centro azoto-vacanza come cuore della batteria quantistica. Le interazioni iperfini tra l’elettrone e il nucleo di azoto-14 generano un ambiente protettivo che rallenta in modo significativo la decoerenza, responsabile della dispersione energetica.
La rivoluzione quantistica nell'energia
Le batterie quantistiche rappresentano una delle frontiere più promettenti della meccanica quantistica applicata. Utilizzano fenomeni come entanglement e sovrapposizione degli stati per offrire potenzialmente ricariche più rapide e maggiore energia utilizzabile rispetto ai dispositivi tradizionali. Tuttavia, fino a oggi, due problemi ne hanno frenato la realizzazione pratica: il calo dell’efficienza in fase di carica e la perdita spontanea di energia durante lo stoccaggio.
Il team ha osservato che l’energia coerente immagazzinata tende a degradarsi più lentamente rispetto a quella incoerente. Questa scoperta ha permesso di identificare un nuovo metodo per rafforzare il sistema contro l’autoscarica, migliorando il rapporto tra energia utile ed energia totale conservata.
Un passo verso l'applicazione pratica
Lo studio si colloca nel campo emergente della termodinamica quantistica, che mira a superare le limitazioni imposte dalla fisica classica alla gestione dell’energia. In una precedente ricerca del 2024, lo stesso gruppo aveva proposto un protocollo per contrastare il degrado da invecchiamento e per abilitare la ricarica wireless. La nuova indagine si concentra invece sul secondo ostacolo chiave: la perdita spontanea di energia.
L’elemento distintivo della soluzione risiede nelle interazioni iperfini tra l’elettrone e il nucleo di azoto-14, proprietà non riscontrabile in altre piattaforme. Questa peculiarità consente di ridurre l’autoscarica e, allo stesso tempo, massimizzare l’energia estraibile, rendendo il sistema più stabile e funzionale.
Prospettive future e sviluppi
I test iniziali confermano che le batterie quantistiche basate su centri azoto-vacanza risultano molto meno soggette all’autoscarica rispetto alle soluzioni precedenti. Il sistema non solo risolve un limite tecnico importante, ma costituisce anche una base sperimentale per l’estrazione di lavoro in sistemi quantistici aperti, che potrà essere sfruttata da altri laboratori.
Gli sviluppi futuri includeranno l’estensione a modelli multi-particella in grado di mantenere l’immunità all’autoscarica. Secondo An, “questo potrebbe permetterci di sfruttare in modo efficace l’entanglement quantistico per migliorare la potenza di carica, la capacità energetica e il lavoro estraibile nelle batterie quantistiche con autoscarica mitigata”. Lo studio apre così nuovi scenari per la progettazione di dispositivi energetici quantistici più robusti e adatti ad applicazioni reali.