Che cos'è un filo quantico?

Un filo quantico è un cavo o un filo, spesso simile nella funzione al filo di rame, ma realizzato con nanotubi di un elemento specifico, solitamente carbonio. I fili quantici sono generalmente conduttori, ma possono anche essere realizzati come isolanti o semiconduttori. Questi cavi sono ideali per le funzioni di cablaggio elettrico e per l'uso su veicoli spaziali perché sono più piccoli e più leggeri delle loro controparti metalliche. Sono, tuttavia, costosi da produrre.

I nanotubi sono tubi microscopici artificiali con un diametro di 1 nanometro, che misura 1 miliardesimo di metro. In confronto, il diametro di un singolo capello umano viene misurato in micrometri, che sono 1.000 volte più grandi di un nanometro. I nanotubi non sono solo usati per creare filo quantico, ma sono usati in una varietà di campi scientifici, inclusa la ricerca medica.

Scoperti nel 1991, i nanotubi vengono prodotti quando un laser viene sparato a una sostanza pura, come il carbonio. Inizialmente si è trattato di un lungo processo con molti potenziali nanotubi scartati perché non soddisfacevano i requisiti di dimensione, ma i ricercatori della Rice University avevano perfezionato un processo per produrre nanotubi di dimensioni adeguate entro il 1996.

I nanotubi devono essere collegati o intrecciati insieme in catene per formare fili quantici, che hanno una conduttività superiore rispetto ai fili di rame, il miglior conduttore metallico di elettricità. In teoria, un filo quantico ha un sesto del peso di un filo di rame e può condurre elettricità fino a dieci volte in modo più efficiente. I fili quantici metallici possono essere fatti di nichel (Ni) o oro (Au). Questi fili sono in gran parte ancora sperimentali, ma hanno usi in elettronica e ottica.

Forse il tipo di filo quantico più scientificamente eccitante, tuttavia, è costituito da nanotubi di carbonio. Nel 2005, la Rice University stava conducendo ampie ricerche sulla realizzazione di filo quantico da nanotubi di carbonio, utilizzando una sovvenzione di $ 11 milioni di dollari statunitensi (USD) della National Aeronautics and Space Administration (NASA). Prevista per essere completata nel 2010, la Rice University è stata incaricata di creare un filo quantico abbastanza lungo da poter essere utilizzato nei veicoli spaziali.

Poiché i fili sono più leggeri ed efficienti, la NASA e altri scienziati ritengono che i fili quantici potrebbero essere strumentali nel consentire ai veicoli spaziali di spostarsi più lontano nello spazio poiché ogni chilo in più costa a un veicolo spaziale più carburante. Gli scienziati hanno problemi a produrre abbastanza nanotubi per realizzare lunghezze di filo lunghe, tuttavia, poiché una forma di nanotubo molto specifica, chiamata "poltrona", è necessaria per attorcigliarli in fili. Nel 2005, solo il due percento dei nanotubi aveva la forma corretta per l'uso. A partire dal 2010, tuttavia, i ricercatori della Rice University avevano compiuto notevoli progressi nella risoluzione del problema, ma erano ancora necessarie ulteriori ricerche.