Un filo quantistico è un cavo o un filo, spesso simile in funzione al filo di rame, ma realizzato con nanotubi di un elemento specifico, solitamente carbonio. I fili quantici sono solitamente 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 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 vengono utilizzati solo per creare fili quantici, ma vengono utilizzati in una varietà di campi scientifici, inclusa la ricerca medica.
Scoperti nel 1991, i nanotubi vengono realizzati quando un laser viene sparato su una sostanza pura, come il carbonio. Originariamente questo era un processo lungo con molti potenziali nanotubi scartati perché non soddisfacevano i requisiti di dimensione, ma i ricercatori della Rice University avevano perfezionato un processo per realizzare nanotubi di dimensioni appropriate entro il 1996.
I nanotubi devono essere collegati o attorcigliati insieme in catene per formare fili quantici, che hanno una conduttività maggiore rispetto ai fili di rame, il miglior conduttore metallico di elettricità. In teoria, un filo quantistico ha un sesto del peso di un filo di rame e può condurre l’elettricità fino a dieci volte in modo più efficiente. I fili quantici metallici possono essere fatti di nichel (Ni) o oro (Au). Questi cavi sono in gran parte ancora sperimentali, ma hanno usi nell’elettronica e nell’ottica.
Forse il tipo di filo quantistico più scientificamente eccitante, tuttavia, sono quelli realizzati con nanotubi di carbonio. Nel 2005, la Rice University stava conducendo ricerche approfondite sulla produzione di filo quantistico da nanotubi di carbonio, utilizzando una sovvenzione di 11 milioni di dollari USA (USD) dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti. Previsto per essere completato nel 2010, la Rice University è stata incaricata del compito di creare un filo quantico abbastanza lungo da essere utilizzato nelle astronavi.
Poiché i cavi sono più leggeri ed efficienti, la NASA e altri scienziati ritengono che i cavi quantistici potrebbero essere fondamentali per consentire ai veicoli spaziali di viaggiare 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 lunghi tratti di filo, tuttavia, poiché è necessaria una forma di nanotubi molto specifica, chiamata “poltrona”, 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.