Un motore quantistico (un po’ sbagliato)

Come può un motore essere quantistico?

 

 Un moto­re è un siste­ma macro­sco­pi­co, men­tre la mec­ca­ni­ca quan­ti­sti­ca stu­dia il mon­do del­le par­ti­cel­le e dell’infinitamente pic­co­lo.

Eppu­re ci sono scien­zia­ti che pro­get­ta­no moto­ri quan­ti­sti­ci, cer­can­do di aggior­na­re la ter­mo­di­na­mi­ca con i siste­mi moder­ni del­la mec­ca­ni­ca quan­ti­sti­ca. Si trat­ta per ora di una bran­ca prin­ci­pal­men­te teo­ri­ca, anche se i pri­mi espe­ri­men­ti stan­no ini­zian­do a pren­de­re pie­de e non è da esclu­de­re che tut­ti i risvol­ti pra­ti­ci pos­sa­no esse­re appli­ca­bi­li in un futu­ro non mol­to lon­ta­no. 

La fisi­ca teo­ri­ca sta­tu­ni­ten­se Nico­le Yun­ger Hal­pern, che i moto­ri quan­ti­sti­ci li stu­dia e li pro­get­ta, chia­ma que­sto ambi­to del­la fisi­ca “stem­punk quan­ti­sti­co”. Lo steam­punk è un gene­re che uni­sce il mon­do dell’Inghilterra Vit­to­ria­na e del­la Secon­da Rivo­lu­zio­ne Indu­stria­le con­ta­mi­nan­do­lo con tec­no­lo­gie moder­ne, come se il futu­ro fos­se anda­to a fare visi­ta al pas­sa­to. È que­sto che fa la ter­mo­di­na­mi­ca quan­ti­sti­ca: aggior­na la ter­mo­di­na­mi­ca otto­cen­te­sca sul­le basi del­le nuo­ve cono­scen­ze che la mec­ca­ni­ca quan­ti­sti­ca ci ha for­ni­to, ren­den­do moder­no un mon­do abi­ta­to da mac­chi­ne a vapo­re. 

Di recen­te la scien­zia­ta, insie­me ad altri fisi­ci teo­ri­ci, ha pro­get­ta­to un nuo­vo moto­re quan­ti­sti­co, rea­liz­za­to in un pri­mo momen­to sola­men­te come espe­ri­men­to men­ta­le: tut­ta­via il team sta ini­zian­do ad ela­bo­ra­re un modo per ren­der­lo rea­liz­za­bi­le spe­ri­men­tal­men­te.

Funzionamento (sbagliato) di un motore quantistico 

Il suo fun­zio­na­men­to è basa­to su quat­tro tem­pi e vie­ne uti­liz­za­ta una fase del­la mate­ria chia­ma­ta MBL

(many-body loca­li­sa­tion), dif­fe­ren­te dai tra­di­zio­na­li sta­ti soli­do, liqui­do e gas­so­so. La carat­te­ri­sti­ca prin­ci­pa­le di que­sta fase è l’ater­mi­ci­tà: gli ato­mi non si muo­vo­no cao­ti­ca­men­te per tut­to lo spa­zio a dispo­si­zio­ne ma pre­fe­ri­sco­no rima­ne­re in una cer­ta area. Il moto­re pre­ve­de una fase MBL segui­ta da una fase di tran­si­zio­ne, per poi pas­sa­re ad una fase ter­mi­ca, in cui gli ato­mi esplo­ra­no velo­ce­men­te tut­to lo spa­zio a dispo­si­zio­ne. Da qui si ritor­na alla fase MBL facen­do pri­ma un’altra tap­pa nel­la secon­da (e ulti­ma) fase di tran­si­zio­ne. 

Quanto funziona bene un motore quantistico? 

Il moto­re può ave­re qual­sia­si dimen­sio­ne, par­ten­do da die­ci par­ti­cel­le fino ad un nume­ro infi­ni­to. Per aumen­ta­re le dimen­sio­ni del moto­re se ne costrui­sce pri­ma uno con die­ci par­ti­cel­le e suc­ces­si­va­men­te se ne rea­liz­za­no tan­te copie, facen­do­le lavo­ra­re vici­no. La poten­za pro­dot­ta da ogni pic­co­lo moto­re è pari a die­ci vol­te quel­la dei fla­gel­li di un bat­te­rio. Se poi si fa una sti­ma del­la poten­za ero­ga­ta per uni­tà di volu­me e la si con­fron­ta con quel­la di un’automobile, si sco­pre che sì, il moto­re di un’automobile usa lo spa­zio in modo più effi­cien­te, ma solo die­ci vol­te di più. 

Chis­sà che anche dal­la ter­mo­di­na­mi­ca quan­ti­sti­ca non pos­sa­no aprir­si sce­na­ri ina­spet­ta­ti: d’altronde, le più gran­di inno­va­zio­ni duran­te la rivo­lu­zio­ne indu­stria­le sono sta­te pos­si­bi­li gra­zie alla ter­mo­di­na­mi­ca. Di qua­li moto­ri sarà popo­la­to il nostro futu­ro?  

Fran­ce­sca Mala­va­si

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