Orologi quantistici: cosa sono e primi test

Si parla sempre di più del settore quantistico, in tutte le sue forme. Pochi mesi fa si parlava dei primi prototipi di orologi quantistici e, appena pochi giorni fa, il primo sottomarino senza equipaggio con orologio atomico quantico è stato testato, con successo.

Orologi quantistici: sono precisi e consumano pochissima energia

Alcuni mesi fa un team di ricercatori internazionali ha annunciato un avveniristico orologio quantistico, altamente preciso e in grado di consumare pochissima energia.

La precisione negli orologi è fondamentale, ma è anche un grande problema. Una maggiore precisione equivale a un aumento dell’entropia, ovvero a una perdita inevitabile di energia. Ma se si potesse ottenere la stessa precisione, se non superiore, ma limitando la perdita di energia?

La sperimentazione

Lo studio arriva da un team sperimentale internazionale con sede in Svezia, guidato da Florian Meier, della Chalmers University of Technology. “Oggi l’entropia è trascurabile negli orologi atomici, ma non escludiamo che in certi contesti possa diventare un limite”, ha spiegato il professore.

A Goteborg, invece, è stata portata avanti la fase di sperimentazione. Qui è stato allestito un prototipo basato su circuiti superconduttori.

L’articolo che spiega il funzionamento di questo prototipo e l’intero approccio degli orologi quantistici è stato pubblicato su Nature Physics. Gli scienziati invitano tutta la comunità scientifica a riflettere su come questo nuovo approccio possa cambiare radicalmente la misurazione quantistica, ma anche in materia di risparmio energetico.

Orologi quantistici: come funzionano

L’idea del team è quella di ridefinire completamente l’equazione tra dissipazione e precisione. Per farlo dobbiamo smetterla di considerare ogni tic come un evento singolo, ma di considerarlo come un unico flusso indistinto.

Ciò è possibile grazie a un trasporto coerente delle eccitazioni quantistiche lungo un sistema, ottenendo una misurazione precisa ma dilatata nel tempo.

Per capire meglio il concetto dobbiamo immaginare una clessidra. Mentre osserviamo la sabbia che scende lentamente nella clessidra dobbiamo attendere un quantitativo sufficiente prima di stimare il tempo trascorso, anziché contare ogni singolo granello. Il concetto è lo stesso del “tic” delle lancette di un orologio. Contare ogni singolo tic, o ogni singolo granello di sabbia, ci fa consumare un quantitativo eccessivo di energia, anziché considerare un quantitativo maggiore.

Tiqker: l’orologio atomico quantico

Se gli orologi quantistici si trovano al momento solo in una fase sperimentale, gli orologi atomici sono già una realtà.

Tuttavia, Tiqker, l’orologio atomico quantico sviluppato da Infleqtion, è una vera e propria rivoluzione.

Tiqker è un orologio ottico, le cui prestazioni sono paragonabili a quelle riscontrate in laboratorio, ma con una compattezza, dimensioni e consumi compatibili per l’uso su un mezzo in azione, come un sottomarino.

Utilizzare l’orologio atomico quantico a bordo di un sottomarino consente di ridurre il rumore dei sistemi di navigazioni inerziali e di mantenere il mezzo nascosto e preciso per un tempo maggiore.

Oltre ad aiutare nella navigazione, l’utilizzo di Tiqker a bordo funge anche da riferimento temporale per altri sistemi di bordo, quali sonar, comunicazioni e controllo delle armi.

Il test con il sottomarino britannico

Il test è stato effettuato sul sottomarino sperimentale britannico Excalibur, della Royal Navy.

La fase di test è stata effettuata in mare aperto, in condizioni reali. I risultati ottenuti sono “un passo decisivo verso la comprensione di come gli orologi quantici possano essere integrati su piattaforme subacquee per supportare operazioni di lunga durata in ambienti dove il GPS non è disponibile”, ha spiegato il comandante Matthew Steele.

“Con Tiqker a bordo dell’Excalibur stiamo gettando le basi per flotte che potranno coordinarsi con precisione in qualsiasi ambiente”, ha continuato il direttore generale di Infleqtion, Ryan Hanley.