Kvanttiakussa ei synny häviöitä

Uuden tutkimuksen mukaan häviötöntä kvanttiakkua koskeva suunnitelma voi olla lähempänä kuin luulemme.

Albertan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet suunnitelman uudenlaiselle kvanttiakulle. Tutkimus tehtiin yhteistyössä Toronton yliopiston kanssa. Tutkimus tarjoaa teoreettisen osoituksen siitä, että häviöttömän eksitonisen kvanttiakun luominen on mahdollista - löytö, joka kiinnostaa, kun kvanttitekniikan ala jatkaa kehittymistään.

Akun häviöttömyys tarkoittaa, että se voi varastoida energiaa loputtomiin ilman vuotoja, mikä on erittäin tavoiteltava ominaisuus akuille. Toisaalta akun eksitonisuus tarkoittaa, että akku voidaan ladata virittämällä sen elektroneja valolla.

"Tunnetummat akut tukeutuvat klassisiin sähkökemiallisiin periaatteisiin, kun taas kvanttiakut tukeutuvat yksinomaan kvanttimekaniikkaan", toteaa kemian laitoksen apulaisprofessori ja pääjohtaja Gabriel Hanna ja aiheen keskeinen tutkija. ”Kvanttiakku on pieni, nanokokoinen akku, joka on tarkoitettu käytettäväksi nanomittakaavan sovelluksissa.

Kvanttiakusta voi tulla tärkeä komponentti monissa kvanttilaitteissa - esimerkiksi niitä voidaan käyttää tulevaisuudessa kvanttitietokoneiden virransyöttöön. Käytännössä ne voitaisiin rakentaa käyttämällä nykyisiä solid-state-tekniikoita.

Idean toteuttamiseksi tutkimusryhmä harkitsi avointa kvanttiverkkomallia, jolla on korkea rakenteellinen symmetria, alustana eksitonisen energian varastointiin. Tätä mallia käyttämällä he osoittivat, että energiaa on mahdollista varastoida ilman häviöitä huolimatta siitä, että se on avoin ympäristölle.

"Tärkeintä on valmistaa tämä kvanttiverkko niin kutsuttuun pimeään tilaan", Hanna selitti. ”Pimeässä tilassa verkko ei voi vaihtaa energiaa ympäristönsä kanssa. Pohjimmiltaan järjestelmästä tulee immuuni kaikille ympäristövaikutuksille. Tämä tarkoittaa, että akku on erittäin kestävä energiahäviöitä vastaan."

Tätä mallia käyttämällä tutkijat ehdottivat myös yleistä menetelmää varastoidun energian purkamisen akusta tarpeen mukaan, johon sisältyy verkon rakenteellisen symmetrian rikkominen hallitulla tavalla.

Tulevaisuuden tutkimuksessa tutkitaan toteuttamiskelpoisia tapoja akun lataamiseen ja purkamiseen, samoin kuin keinoja akun mitoittamiseen käytännöllisissä sovelluksissa.