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Nonostante il design futuristico, l'ascesa delle auto elettriche si basa su un'innovazione molto meno appariscente che si nasconde sotto il cofano: anni di progressi incrementale nella tecnologia delle batterie.

Le moderne batterie agli ioni di litio, la stessa tecnologia che alimenta gli smartphone e cattura l'energia dai pannelli solari, hanno aperto la strada verso la creazione di un futuro energetico più sostenibile. Le auto con batterie agli ioni di litio di oggi possono vantare distanze di percorrenza e tempi di ricarica convincenti, a una gamma di prezzi accessibili.

E se la prossima generazione di batterie non fosse solo un passo avanti, ma molto di più? Se le prestazioni delle batterie potessero raddoppiare o quadruplicare da un giorno all'altro, aumentando la capacità di carica, incrementando la durata delle batterie, limitando la dispersione di energia attraverso il calore e riducendo drasticamente i costi, l'impatto sui soli trasporti potrebbe essere di portata mondiale.

10 anni

L’obiettivo di Mercedes è quello di far sì che i veicoli plug-in hybrid o completamente elettrici costituiscano più della metà di tutte le loro auto vendute entro 10 anni

3 anni

L'obiettivo di IBM è quello di far debuttare il suo primo computer quantistico da oltre 1.000 qubit tra 3 anni

Lo sviluppo e il perfezionamento di queste ipotetiche batterie potrebbe aprire un'opportunità da miliardi di dollari. Benjamin Boeser

Director of Innovation Management

Silicon Valley at Mercedes-Benz R&D, North America

Prepararsi per un aumento di tensione

Gli ingegneri di Daimler AG, società madre di Mercedes-Benz, prevedono che il prossimo grande passo in avanti sarà verso tecnologie di batterie a maggiore densità di energia, molto probabilmente la batteria al litio-zolfo (Li-S). Lo sviluppo e il perfezionamento di queste ipotetiche batterie potrebbe "sbloccare un'opportunità da miliardi di dollari", afferma Benjamin Boeser, Director of Innovation Management, Silicon Valley presso Mercedes-Benz R&D Nord America. Ma passare dal tavolo da disegno a una batteria Li-S commercialmente valida è, essenzialmente, un gigantesco esperimento di chimica: un’iniziativa di ricerca che potrebbe richiedere anni di tempo, denaro e competenze ingegneristiche.

Idealmente, ha più senso simulare queste moltitudini di proprietà e comportamenti molecolari su un computer, esplorando e analizzando opzioni promettenti prima che inizi la prototipazione fisica. Ma c'è un ostacolo. Anche per molecole semplici come la caffeina, l'energizzante preferito dagli esseri umani composto da carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno, il numero di stati quantici nella molecola, di elettroni che interagiscono nel sistema dei quattro elementi di base, può essere enorme.

Realizzare la simulazione di una singola molecola di caffeina può sovraccaricare la memoria e la potenza di calcolo di qualsiasi computer classico, anche dei supercomputer più potenti di oggi. Quanto più grandi e complesse sono le molecole e il loro ambiente, tanto più impegnativo diventa questo processo.

Oltre gli zero e gli uno

Il computer quantistico è una nuova tecnologia emergente, attualmente in fase di sviluppo presso IBM. Il calcolo quantistico distilla alcune teorie fisiche molto astratte in un tipo completamente nuovo di potenza di elaborazione, apparentemente costruito appositamente per gestire problemi di complessità un tempo insolubili. Invece di “bit” magnetici che rappresentano 0 e 1, il quantum computing si basa su “qubit” che possono, grazie ad alcuni fenomeni quantomeccanici molto strani, rappresentare più informazioni di un bit classico. Aggiungendo ogni qubit a un computer quantistico, le sue prestazioni raddoppiano: un aumento esponenziale della sua capacità di eseguire algoritmi di complessità un tempo ingestibile.

Sebbene la fisica alla base del calcolo quantistico sia estremamente complessa, il suo vantaggio principale è semplice: il potenziale rivoluzionario di eseguire rapidamente i grandi volumi di calcolo necessari per simulare con precisione gli elementi costitutivi della natura.

Un decennio sembra lontano, ma in realtà per molte aziende rientra totalmente nel normale orizzonte di pianificazione e investimento. Dario Gil

Director

IBM Research

La meccanica quantistica incontra la meccanica convenzionale

Uno degli obiettivi principali della simulazione molecolare è quello di trovare lo "stato fondamentale" di un composto, ossia la sua configurazione più stabile. I qubit stessi operano secondo le leggi della meccanica quantistica, proprio come le molecole che i ricercatori intendono simulare. Sebbene siano ancora agli inizi, la stabilità dei qubit dovrebbe migliorare molto nel tempo. La speranza è che, in questo modo, i computer quantistici possano accelerare notevolmente il processo di simulazione, per non parlare di decine di altre attività ad alta intensità di dati, con applicazioni in ogni settore. La ricerca insieme a Mercedes-Benz sulle batterie reali è solo uno degli aspetti del lavoro fondamentale che alla fine porterà alla realizzazione commerciale del quantum computing.

«Il settore sta avanzando a velocità sostenuta», afferma Boeser di Mercedes-Benz. «Ma tutti coloro che conoscono gli ambiti della tecnologia e della ricerca sanno che è ancora agli inizi e abbiamo ancora molto lavoro da fare». Mercedes-Benz sta portando avanti la trasformazione verso una mobilità senza emissioni. La sostenibilità è uno degli elementi chiave della strategia corporate di Mercedes-Benz e allo stesso tempo un parametro di riferimento per il successo dell'azienda.

E gli obiettivi sono chiaramente definiti in un termine: nei prossimi 20 anni, Mercedes-Benz Cars punta ad avere una nuova flotta di autovetture a zero emissioni di anidride carbonica e mira a far sì che i veicoli plug-in hybrid o completamente elettrici costituiscano più del 50% delle sue auto vendute entro il 2030.

«Un decennio sembra lontano, ma in realtà per molte aziende rientra totalmente nel normale orizzonte di pianificazione e investimento», afferma Dario Gil, direttore di IBM Research. Guarda in fondo alla strada. Potrebbe esserci un'auto alimentata da batterie al litio-zolfo proprio dietro la curva.

Informazioni su Mercedes-Benz

Mercedes-Benz è uno dei più grandi produttori di auto premium e il più grande produttore al mondo di veicoli commerciali con una copertura globale. Offre servizi di finanziamento, leasing, gestione dell'autoparco, assicurazione e servizi innovativi di mobilità.

Informazioni su IBM Quantum Network

IBM Quantum Network è una comunità di aziende Fortune 500, istituzioni accademiche, startup e laboratori di ricerca nazionali che collaborano con IBM per far progredire il quantum computing.

Siete pronti?

Nei prossimi 10 anni, il quantum computing trasformerà il business e la società. Le organizzazioni che non agiscono ora verranno lasciate indietro.

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Prodotto negli Stati Uniti d'America, marzo 2020.

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Immaginare una nuova forma di potenza