Le batterie appartengono alla vita di tutti i giorni. Una batteria classica, il mucchio di Volta, converte l'energia chimica in un voltaggio, che possono alimentare circuiti elettronici. In molte tecnologie quantistiche, circuiti o dispositivi sono basati su materiali superconduttori. In tali materiali, le correnti possono fluire senza la necessità di una tensione applicata; perciò, non c'è bisogno di una batteria classica in un tale sistema. Queste correnti sono chiamate supercorrenti perché non presentano perdite di energia. Sono indotti non da una tensione ma da una differenza di fase della funzione d'onda del circuito quantistico, che è direttamente correlato alla natura ondulatoria della materia. Un dispositivo quantistico in grado di fornire una differenza di fase persistente può essere visto come una batteria di fase quantistica, che induce supercorrenti in un circuito quantistico.

In questo lavoro, gli autori presentano i risultati di una collaborazione teorica e sperimentale che ha portato alla fabbricazione della prima batteria in fase quantistica. L'idea è stata concepita per la prima volta nel 2015, di Sebastian Bergeret del gruppo di fisica mesoscopica del Materials Physics Center (CFM, CSIC-UPV/EHU), un'iniziativa congiunta del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) e dell'Università dei Paesi Baschi (UPV/EHU), e Ilya Tokatly, Ikerbasque Professore nel gruppo di Nano-Biospettroscopia dell'UPV/EHU, entrambi ricercatori associati del Donostia International Physics Center (DIPC). Hanno proposto un sistema teorico con le proprietà necessarie per costruire la batteria di fase. Consiste in una combinazione di materiali superconduttori e magnetici con un intrinseco effetto relativistico, chiamato accoppiamento spin-orbita.

Qualche anno dopo Francesco Giazotto ed Elia Strambini dell'Istituto NEST-CNR, Pisa, identificato una combinazione di materiali adatta e fabbricato la prima batteria a fase quantica, i cui risultati sono ora pubblicati sulla rivista Nanotecnologia della natura . Consiste in un nanofilo di InAs drogato con n che forma il nucleo della batteria (la pila) e conduttori superconduttori di Al come poli. La batteria viene caricata applicando un campo magnetico esterno, che poi può essere spento.

Anche Cristina Sanz-Fernández e Claudio Guarcello del CFM hanno adattato la teoria per simulare i risultati sperimentali.

Il futuro di questa batteria viene ulteriormente migliorato presso CFM in una collaborazione tra il Nanophysics Lab e il Mesoscopic Physics Group. Questo lavoro contribuisce agli enormi progressi compiuti nella tecnologia quantistica che dovrebbero rivoluzionare sia le tecniche di calcolo che di rilevamento, così come la medicina, e telecomunicazioni nel prossimo futuro.