Si apre una nuova era di misure quantistiche Le scoperte sul comportamento quantistico potrebbero portare a nuovi standard di corrente elettrica, facilitando l’arrivo sul mercato di applicazioni elettroniche con precisione quantistica. Ricerca di base © Mihail/stock.adobe.com La metrologia è la branca della scienza dedicata a fornire tracciabilità, accuratezza e coerenza nelle misure. Il sistema internazionale (SI) ha tradizionalmente stabilito gli standard e le definizioni globali per le unità fisiche che sono alla base di tutte queste misure. In pratica, ciò significa che dal XIX secolo il chilogrammo, o metro, di riferimento è conservato a Parigi. Gli standard metrologici nazionali sono stati poi calibrati rispetto a questi standard. Standard quantistico universale per le correnti elettriche Nel 2019, tuttavia, il SI è stato ridefinito in termini di costanti fondamentali della natura. Ciò significa che molte unità di misura non devono più essere realizzate con un metodo o un dispositivo specifico. Ciò ha aperto nuove possibilità di realizzare misure accurate delle correnti elettriche a livello quantistico, trovando e confermando le costanti fondamentali. Il progetto QUANTUM E-LEAPS, finanziato dall’UE, ha cercato di far progredire la metrologia elettrica quantistica, concentrandosi su un processo fondamentale chiamato slittamento quantistico di fase coerente (CQPS). A tal fine, il progetto ha esaminato nanofili superconduttori – fili con diametri misurati su scala nanometrica. «Porzioni di nanofilo presentano fluttuazioni di energia che resistono istantaneamente alla corrente», spiega Antti Kemppinen, coordinatore del progetto, del Centro finlandese di ricerca tecnologica VTT. «Conosciuti come slittamenti quantistici di fase, volevamo vedere se questo fenomeno poteva essere usato come standard quantistico dinamico equivalente per la tensione». Standard di corrente integrato basato sui CQPS Gli scienziati hanno da tempo previsto che la fisica qui sarebbe stata la stessa degli attuali standard di corrente basati sulla quantistica, noti come giunzioni Josephson. Il team è stato in grado di dimostrare con successo che uno standard basato sui CQPS può effettivamente essere integrato negli standard di tensione esistenti. «Abbiamo trovato le prove del fenomeno essenziale che stavamo cercando», afferma Kemppinen. «Si tratta comunque di scienza fondamentale. Il lavoro si è concentrato sul miglioramento della comprensione della fisica di base». Semplificare le misure elettriche L’obiettivo finale, a lungo termine, di questo lavoro è di arrivare a uno standard di corrente quantistica basato su questa costante fondamentale in natura. Il vantaggio principale sarebbe la facilità d’uso, grazie alla semplificazione delle misure elettriche. «Un buon esempio del potenziale è rappresentato dai sistemi di navigazione satellitare globale», aggiunge. «Non c’è bisogno di calibrare i satelliti di posizionamento globale, perché si basano su una metrologia fondamentale: l’orologio atomico». Gli orologi atomici misurano il tempo monitorando la frequenza di risonanza degli atomi e sono estremamente precisi. Ciò consente di inviare i dati di posizionamento direttamente allo smartphone, senza che uno scienziato debba mettere a punto o utilizzare il telefono. «Per qualsiasi tipo di dispositivo, la facilità d’uso può essere importante quanto le prestazioni», osserva. «Pensate a un’automobile. Anche se la vostra auto ha un ottimo acceleratore ed è tecnicamente brillante, il beneficio per la società è minimo se per guidarla serve uno scienziato». I risultati del progetto QUANTUM E-LEAPS aprono la strada a standard di corrente quantistica di facile utilizzo, che potrebbero semplificare le calibrazioni metrologiche richieste dall’industria elettronica. Questo potrebbe portare ad applicazioni dirette nel campo in forte espansione delle tecnologie quantistiche, come il rilevamento, la comunicazione o l’elaborazione quantistica. Parole chiave QUANTUM E-LEAPS, quantistica, elettrica, metrologia, energia, scala nanometrica, CQPS
