Hukkalämmöstä kvantti-innovaatio

Entä jos autojen, tehtaiden ja jopa kannettavan tietokoneen tuottamaa hukkalämpöä voitaisiin käyttää seuraavan sukupolven energiatehokkaiden kvanttitietokoneiden toteuttamiseen?

Illinois State Universityn tutkijat yhteistyössä Air Force Research Laboratoryn (AFRL) kanssa ovat löytäneet vaikutuksen, joka voi tehdä sen mahdolliseksi.

Fysiikan apulaisprofessori, tohtori Justin Bergfieldin, perustutkintotutkija Runa Bennettin ja AFRL:n vanhempi tutkija Dr. Joshua Hendricksonin johtama ryhmä on paljastanut, kuinka kvantti-interferenssit – ilmiö, jossa hiukkaset käyttäytyvät aaltoina ja joko vahvistavat tai kumoavat toisiaan – voivat tuottaa tehokkaasti "spin-jännitteen" kvantti-informaation kulun ohjaamiseksi.

Heidän havainnot voivat mullistaa energian muuntoteknologiat ja mahdollistaa laajan valikoiman kvantti-informaation laitteita.

Työ korostaa spin-termoelektrisen tehokkuuden dramaattista parannusta solmukohtaisissa molekyyliliitoksissa.

Spin on ainutlaatuinen kvanttiominaisuus, ja spintroniikka on lupaava tapa kehittää tietyntyyppisiä kvanttitietokoneita. "Spin-pohjaiset laitteet voisivat vähentää merkittävästi energiahäviöitä ja lämmöntuotantoa perinteiseen elektroniikkaan verrattuna", Bergfield sanoi.

"Toisin kuin tavanomainen sähkö spin on paljon vaikeampi hallita ja vaatii uusia lähestymistapoja", hän lisäsi. "Hyödyntämällä elektronien aaltomaista luonnetta olemme osoittaneet, että kvantti "omituisuus" voi johtaa täysin uusiin tapoihin hyödyntää hukkalämpöä kehittyviä teknologioita varten."

Tiimi käytti yliopiston High-Performance Computing (HPC) -klusteria suorittaakseen simulaatioita piireistä, jotka koostuivat yksittäisiin molekyyleihin liitetyistä metallielektrodeista – järjestelmistä, joita heidän yhteistyökumppaninsa ovat onnistuneesti rakentaneet ja mitanneet.

"Spin- ja varausvirran mallintaminen molekyylipohjaisissa laitteissa edellyttää kvanttimonikeho-ongelman ratkaisemista", Bergfield sanoi. "Tämä edellyttää noin 10²³:n vuorovaikutuksessa olevien elektronien käyttäytymisen ennustamista – suunnilleen yhtä monta kuin universumissa on tähtiä.

Vaikka tämän ongelman täydellinen ratkaiseminen on harvoin mahdollista, olemme kehittäneet laskennallisia ja matemaattisia tekniikoita, jotka aivan kuten sipulin kuorikerrosten kuoriminen paljastavat käyttäytymismalleja, jotka ovat sekä yllättäviä että rikkaasti potentiaalisia tulevaisuuden teknologioille."

Tämä edistys tasoittaa tietä innovaatioille kvanttilaskentaan, turvalliseen viestintään ja energian talteenottoon.

"Tämä projekti on ollut uskomaton", sanoi Bennett. ”On jännittävää nähdä, kuinka kvanttimekaniikalla, jollakin niin perustavanlaatuisella tavalla, voi olla niin käytännönläheisiä sovelluksia. Se on askel kohti aikamme kiireellisimpiä energiahaasteita."

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä

Kvantti-interferenssillä kohti topologia kvanttitietokoneita

Mekaanista kvanttitekniikkaa