Tutkijat väittävät, että topologinen kvanttiakku pystyy siirtämään energiaa pitkiä matkoja ilman häviöitä.
Sisällysluettelo
Jos kvanttiakut tulisivat todellisuudeksi, näkisimme, kuinka jokapäiväiset laitteet muuttuisivat täysin: ne kaikki latautuisivat erittäin nopeasti, niiden käyttöikä olisi pidempi ilman suorituskyvyn heikkenemistä ja niiden energiatehokkuus olisi parempi.
Toistaiseksi ehdotukset kvanttiakkujen luomiseksi eivät ole edenneet piirustuspöydän ulkopuolelle, pääasiassa siksi, että kvanttilaitteet menettävät liikaa energiaa ja niiden herkät kvanttitilat hajoavat nopeasti.
Pohjimmiltaan suurin este tässä on energian siirtäminen ja varastointi ilman häviöitä . Nyt kuitenkin ryhmä suomalaisia tutkijoita RIKEN-kvanttilaskennakeskuksesta on esittänyt parannetun suunnitelman. Se perustuu topologiseen rakenteeseen, joka teoriassa säilyttää energian suurilla etäisyyksillä ja jopa osoittaa lyhytaikaista lataustehon kasvua häviöiden kasvaessa.
Energiavarastointilaitteiden potentiaali
Vaikka kyseessä on teoreettinen tutkimus eikä laboratoriossa tehty esittely, tutkijat ovat mallinneet akun, joka on rakennettu fotonien aaltojohdoista (valoa johtavista kanavista), jotka on yhdistetty yksinkertaisiin kaksitasoisiin atomeihin (kvanttifysiikan perusrakenteisiin).
Käyttämällä topologiaa, jonka ominaisuudet pysyvät vakaina jopa taivutettaessa tai rakenteen muuttuessa, heidän yhtälönsä osoittavat lähes täydellisen energian siirron ja hämmästyttävän kestävyyden hajontaa (tavallista energian vuotamista) vastaan.
Jos tutkijoiden projekti vahvistetaan kokeellisesti, se voi johtaa jonain päivänä miniatyyrisen, nopeasti latautuvan akun kehittämiseen tulevaisuuden kvanttilaitteita varten.
Malli ennustaa jopa, että kun häviöt ylittävät kriittisen kynnyksen, kuormitusteho kasvaa hetkellisesti, mikä kumottaa oletuksen, että häviöt ovat aina huono asia.
”Tutkimuksemme avaa uusia mahdollisuuksia topologian kannalta ja antaa meille vinkkejä korkean suorituskyvyn mikroenergiavarastointilaitteiden luomiseen”, sanoi tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Zhiguan Lu.
”Ylittämällä kvanttiakkujen suorituskyvyn käytännön rajoitukset, jotka johtuvat energian siirrosta ja hajoamisesta pitkiä matkoja, toivomme nopeuttavamme siirtymistä teoriasta käytännön sovelluksiin kvanttiakkujen osalta.”
Lupaava etenemissuunnitelma
Jos rakenne osoittautuu toimivaksi kokeissa, se voi jonain päivänä muodostaa perustan pienille, nopeasti latautuville akuille tulevaisuuden kvanttilaitteisiin – sisäisistä kiteisistä energianvarastoista optisiin kvanttiviestintälinjoihin, jotka tarvitsevat energiaa sujuvaan tiedonsiirtoon komponenttien välillä.
Tutkijoiden mukaan topologian suurin etu on sen luotettavuus, sillä sen keskeiset ominaisuudet kestävät taivutuksia, pieniä vikoja ja joitakin ympäristön häiriöitä, jotka yleensä tuhoavat kvanttilaitteet.
”Tulevaisuudessa jatkamme työtä teoreettisen tutkimuksen ja kvanttilaitteiden käytännön käyttöönoton välisen kuilun kaventamiseksi ja avaamme kvanttiaikakauden, jota olemme jo kauan odottaneet”, selitti Cheng Shan, yksi tutkimuksen tekijöistä.
Hän lisäsi kuitenkin, että teoria on vain malli, ei valmis tuote, ja että laajamittaisten, vähähäviöisten topologisten fotonipiirien luominen on, lievästi sanottuna, haastava tehtävä. Insinöörien on osoitettava vaikutus laboratorio-olosuhteissa, hallittava tuotannon erityispiirteet ja osoitettava, että lisääntynyttä energianhukkaa voidaan hallita ja käyttää myös muissa kuin ihanteellisissa olosuhteissa.
Kuitenkin tiekarttana se on lupaava . Topologisen fotoniikan oletetaan pitävän kvanttienergian siellä, missä sitä tarvitaan, ja oikealla säädöllä se voi jopa saada ”häviöt” toimimaan eduksesi.
