Traduzione da articolo originale pubblicato qui
Iniziamo oggi un affascinante viaggio che ci porterà alla scoperta della fisica quantistica e al suo impatto sulle innovazioni tecnologiche
La tecnologia ha fatto passi da gigante negli ultimi anni. Si evolve a un ritmo impressionante e starne al passo non è sempre facilissimo. Basta pensare agli smartphone e al passaggio dal 4G al 5G. Oppure pensiamo alla fibra ottica, una semplice struttura in vetro, che ha permesso di avere nelle nostre case internet cablata ad altissima velocità a prezzi contenuti sfruttando l’emissione di semplici quanti di luce: i fotoni.
Ma c’è dell’altro
L’Internet of Things (IoT) e l’Industria 4.0 ci consentono di rendere i nostri sistemi più intelligenti, controllandoli da remoto con tecnologie wireless ultra efficienti che permettono l’ottimizzazione dei processi.
L’avvento dell’intelligenza artificiale (AI) e dei prossimi computer quantistici sarà in grado di risolvere diversi punti legati alla scienza nel campo della meccanica quantistica relativistica, nella chimica e nella biologia e nello studio dei segnali ricevuti dall’universo – cercando di rispondere alla fatidica domanda: siamo soli nell’universo? Ma soprattutto, perché siamo “costretti” a rimanere sulla terra e abbiamo difficoltà ad andarcene e visitare altri pianeti “vicini” appartenenti al nostro sistema solare? Come sapete, è necessaria un’enorme quantità di energia per uscire dall’atmosfera e ci vuole molto tempo per raggiungere le aree vicine (come la Luna). Il solo fatto dell’esistenza della velocità della luce e della impossibilità di raggiungerla sembra davvero una punizione.
Tutto ruota intorno alla meccanica quantistica
Pensiamo ai computer quantistici, che vedremo nel dettaglio in seguito, ma anche all’elettronica di base con transistor e circuiti integrati che, assemblati opportunamente secondo le leggi dell’ingegneria, permettono ai nostri smartphone e wearable di funzionare, fino ad arrivare a tutta l’elettronica delle nostre auto sempre più connesse e sempre più elettriche.
Lo scopo di questa serie di articoli è quello di evidenziare i temi principali sia della fisica pura che della tecnologia. Partendo dalla meccanica quantistica, finiremo per parlare di energia. Alla fine di ogni articolo troverai una serie di riferimenti. Ovviamente, in alcuni casi, è richiesto un alto livello di conoscenza fisica e matematica, ma l’autore (Maurizio Di Paolo Emilio ndr) ha cercato di semplificare e dare a tutti l’opportunità di avvicinarsi alla fisica quantistica e ai diversi aspetti della tecnologia.
Siete pronti? Tutti a bordo della DeLorean allora!
Inizieremo con la meccanica quantistica. Perché la meccanica quantistica? La migliore descrizione che abbiamo della natura delle particelle che compongono la materia è descritta da questa scienza ancora incompresa. Il Sacro Graal di tutto ciò che è materiale è la meccanica quantistica.
Vedremo quindi come vengono creati i computer quantistici e spiegheremo la relatività, la teoria di Einstein, che è cambiata e sta cambiando la fisica con il rilevamento delle onde gravitazionali e dei futuri viaggi nello spazio.
Inizieremo con la meccanica quantistica. Perché la meccanica quantistica? La migliore descrizione che abbiamo della natura delle particelle che compongono la materia è descritta da questa scienza ancora incompresa. Il Sacro Graal di tutto ciò che è materiale è la meccanica quantistica.
Vedremo quindi come vengono creati i computer quantistici e spiegheremo la relatività, la teoria di Einstein, che è cambiata e sta cambiando la fisica con il rilevamento delle onde gravitazionali e dei futuri viaggi nello spazio. È possibile viaggiare nel tempo? Perché siamo andati sulla Luna? L’intelligenza artificiale ci guiderà lungo il percorso per rilevare l’esistenza di altri pianeti. L’IA sarà il nuovo Einstein. Quindi, parleremo di AI da vari aspetti, compreso quello industriale.
Dopo questa ampia panoramica incentrata principalmente sulla fisica, ci rivolgeremo alla tecnologia nel campo delle telecomunicazioni e, in particolare, dei veicoli elettrici, della microelettronica e dell’energia. Applicheremo i concetti della meccanica quantistica per analizzare ciò che la tecnologia è stata in grado di ottenere in una visione macroscopica.
Con l’avvento del cloud computing, la maggiore adozione dell’IA e un maggiore utilizzo dei Big Data guidati dall’IoT, i livelli di comunicazione dei dati non sono mai stati più veloci, più numerosi e le telecomunicazioni non sono mai state così coinvolte come lo sono ora nelle sfide hardware e software , che richiede un’elettronica sempre più efficiente (si pensi al 5G e al prossimo 6G).
Un problema che interesserà tutti noi è l’energia
C’è molta energia intorno a noi, energia gratuita o energia open-source, semplicemente applicando la fisica è possibile raccogliere quantità significative di elettricità per ogni applicazione per alimentare o ricaricare vari sistemi elettronici.
I fisici stanno cercando di scoprire il significato scientifico di tutta questa energia che ci colpisce ogni giorno; gli ingegneri vogliono raccoglierla, per essere in grado di alimentare i loro dispositivi in modo ecologico.
Ormai da diversi anni la necessità di efficienza energetica nei sistemi di distribuzione, unitamente all’integrazione su larga scala di fonti energetiche rinnovabili, ha accresciuto la domanda di nuove tecnologie trainate dall’avvento di nuovi materiali.
L’elettronica di potenza è la chiave per affrontare molte sfide di efficienza
L’avvento di una nuova microelettronica per supportare velocità di trasmissione elevate con 5G e ricarica rapida vedrà il coinvolgimento di nuovi semiconduttori a larga banda come il nitruro di gallio (GaN) e il carburo di silicio (SiC). GaN e SiC vedranno un uso diffuso in settori come la mobilità elettrica, il 5G, l’audio e l’intero settore dei propulsori. L’evoluzione tecnologica sta accelerando le sue applicazioni e il silicio lascerà presto il dominio dell’alta potenza.
I dispositivi di alimentazione miglioreranno l’efficienza e le prestazioni nelle applicazioni automobilistiche e per il risparmio energetico, nonché in tutte le applicazioni industriali ad alta tensione.
Dispositivi di alimentazione robusti, efficienti ed economici con un’elevata densità di potenza svolgono un ruolo chiave nel consentire alle economie globali di ridurre efficacemente le emissioni di carbonio. Il cambiamento climatico sta guidando l’uso di fonti energetiche alternative, seguite da vicino dall’elettrificazione dei veicoli.
La pandemia Covid-19 ha aumentato la domanda di dispositivi elettronici come PC, tablet, telefoni cellulari e server per convertire l’energia in modo più efficiente. Questa tendenza continuerà con il lancio di nuove tecnologie come i dispositivi 5G e l’intero IoT.
Anche la gestione della conversione e del consumo di energia rimane essenziale per le aziende per ridurre i costi. Tutto questo sta accadendo su un pianeta dove ci saranno sempre più abitanti, più dispositivi elettronici, meno risorse, terre devastate dai cambiamenti climatici, più rifiuti. Il progresso tecnologico è l’unica arma per guidare la ripresa e il futuro dell’umanità.
Una buona notizia relativa alla pandemia di coronavirus è che la crisi sembra accelerare il passaggio dalle fonti energetiche basate sui combustibili fossili a quelle rinnovabili. Mentre l’ecosistema energetico prende una svolta verde, la pandemia potrebbe accelerare questo processo. I paesi economicamente sviluppati stanno attuando politiche climatiche più ambiziose e aumentando le tasse sul carbonio, concentrandosi sulla svolta ecologica per stimolare la ripresa economica. Anche le crescenti vendite di veicoli elettrici, ibridi e a idrogeno ridurranno la domanda di petrolio.
In conclusione, faremo una panoramica storica per comprendere le differenze tra il passato e il prossimo futuro. Siamo pronti per la prossima tecnologia? Quale ruolo dovrebbe svolgere l’istruzione?
Aspetta, non è ancora finita.
Vi porteremo in un viaggio in un mondo fantasy parallelo dove incontrerai i quattro scienziati che hanno segnato un’era: Einstein, Maxwell, Newton e Tesla. In un incontro immaginario, si confronteranno con le tecnologie contemporanee ed esprimeranno le loro reazioni e pensieri su come si sono evolute le nostre vite grazie alle loro invenzioni.
Vuoi continuare la lettura subito o saperne di più? Trovi il viaggio completo nel libro: “Pensieri quantistici” scritto dall’Ing. Maurizio Di Paolo Emilio. Scrivici per saperne di più!
Maurizio ha lavorato nel campo della ricerca sulle onde gravitazionali e in progetti di ricerca spaziale come ingegnere progettista.E’ un ingegnere elettronico e ha conseguito un dottorato di ricerca. in fisica. Maurizio ama scrivere e raccontare storie sulla tecnologia e l’elettronica. I suoi interessi principali sono Power, Automotive, IoT, Digital. Maurizio è attualmente caporedattore di Power Electronics News e corrispondente europeo di EE Times e collaborato di Fare Elettronica
