Entanglement: utilizzato come combustibile per i motori quantistici

Un team di scienziati cinesi h raggiunto una pietra miliare sfruttando la potenza dell’entanglement per alimentare un motore quantistico, rivoluzionando potenzialmente l’efficienza energetica e alimentando le future tecnologie quantistiche.

Entanglement: nuove prospettive per lo sviluppo di motori quantistici

Il fenomeno dell’entanglement mantiene strettamente collegati due fotoni separati, apparentemente comunicando più velocemente della luce, indipendentemente dalla distanza tra loro.

I ricercatori della Innovation Academy of Precision Measurement Science and Technology dell’Accademia cinese delle scienze hanno sottolineato che la svolta ha dimostrato il potenziale per i motori quantistici di utilizzare i loro stati entangled come fonte di carburante.

Secondo Zhou Fei, uno degli autori corrispondenti, il punto forte dello studio è: “La prima realizzazione sperimentale di un motore quantistico con caratteristiche di entanglement, che ha verificato quantitativamente che l’entanglement può servire come una sorta di ‘carburante'”.

Lo studio

Nello studio, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, Zhou, insieme al coautore Feng Mang e al loro team, ha dimostrato che il fenomeno dell’entanglement migliora l’efficienza di output dei motori quantistici.

A differenza dei motori convenzionali che si basano sulla combustione termica, un motore quantistico utilizza i laser per spostare le particelle tra stati quantistici, trasformando la luce in energia cinetica.

Inoltre, i motori quantistici possiedono teoricamente la capacità di superare i limiti termodinamici classici, raggiungendo potenzialmente efficienze di conversione energetica superiori al 25%, sufficienti per alimentare computer e circuiti quantistici su larga scala.

Pertanto, il team di Zhou ha utilizzato ioni ultrafreddi di 40Ca+ tenuti in una trappola ionica come materiale di lavoro per il motore quantistico. Hanno ideato un processo termodinamico che converte l’energia del laser esterno nell’energia vibrazionale degli ioni.

“Abbiamo scelto gli stati entangled di due ioni rotanti come sostanza di lavoro, con i loro modi vibrazionali che agiscono come carico. Attraverso regolazioni precise della frequenza, dell’ampiezza e della durata del laser, gli ioni sono passati dai loro stati puri iniziali a stati altamente entangled”, ha chiarito Zhou.

Come sottolinea ulteriormente, tali misurazioni forniscono al team informazioni sull’efficacia del funzionamento del motore e sull’efficienza con cui utilizza l’energia che produce.

L’analisi di oltre 10.000 esperimenti ha indicato che livelli aumentati di entanglement ionico erano correlati a una maggiore efficienza meccanica, mentre l’efficienza di conversione rimaneva relativamente inalterata dal grado di entanglement. Questo ha indicato che l’entanglement quantistico agisce come un “carburante” nei motori quantistici, nonostante il suo meccanismo continui a essere misterioso per i fisici.

“I motori quantistici sono attualmente un campo di ricerca molto attivo, con molte analisi e studi teorici, ma vengono forniti pochissimi risultati sperimentali”, ha osservato Zhou.

Conclusioni

Secondo Zhou, le conclusioni dello studio aprono nuove prospettive per lo sviluppo di dispositivi di microenergia come motori quantistici e batterie e indicano che le proprietà di entanglement del materiale di lavoro possono aumentare la massima energia estraibile.

Anche se le batterie quantistiche potrebbero non immagazzinare la stessa energia di quelle dei veicoli elettrici, il loro vero vantaggio risiede nella loro capacità di alimentare estesi computer e circuiti quantistici.

Pertanto, la sfida futura è quella di aumentare la varietà di materiali preservando al tempo stesso la qualità dell’entanglement, con conseguente aumento della produzione.