Квантовий симулятор прояснює, як природа передає енергію в системах, таких як фотосинтез та сонячна конверсія

Квантова симуляція вібрацій: новий підхід до оптимізації переносу енергії

Високотехнологічні дослідження в галузі альтернативної енергетики не перестають дивувати своєю інноваційністю. Одна з найновіших розробок, проведена дослідниками з Університету Райса під керівництвом Гвідо Пагано, відкриває нові перспективи в розумінні перетворення енергії у квантових системах. Завдяки використанню спеціалізованого квантового пристрою для моделювання вібруючої молекули, науковці змогли детально дослідити процеси переносу енергії, які мають ключове значення, наприклад, для фотосинтезу.

Проект, результати якого опубліковані 5 грудня у журналі Nature Communications, сфокусований на створенні простого моделювання двосайтової молекули. Один з її відділів постачає енергію, а інший – поглинає, взаємодіючи з вібраціями та навколишнім середовищем. Це нове поле досліджень природно ставить питання про те, які можливості відкриває таке усвідомлення для майбутніх розробок у сфері перетворення сонячної енергії.

Квантовий підхід до моделювання переносу енергії

В основі експерименту лежить ланцюг зловлених атомів, створених з двох ізотопів тієї ж хімічної елементи. Одна з частин ланцюга кодує молекулярну інформацію, а інша формує динамічне середовище навколо молекули. За допомогою лазерних технологій, дослідники змогли не тільки створити, а й маніпулювати енергетичними станами та вібрацією. Це дозволило вивчити, як реальні молекули втрачають енергію у навколишнє середовище, створюючи аналогічні умови у своїх дослідах.

Цей принципово новий підхід дає змогу легко налаштовувати індивідуальні параметри симуляцій, допомагаючи виявляти конкуренцію між різними ефектами. Це можна порівняти з поліпшеною версією традиційних хімічних експериментів, де часто складно відділити дію окремих факторів. Це відкриває двері для проектування більш ефективних органічних сонячних елементів та інших електронних пристроїв.

Нові горизонти для сонячної енергетики

Безперечно, що цей прорив у розумінні ефективного переносу енергії може змінити уявлення про виробництво енергії в майбутньому. Вчені та інженери вже можуть планувати нові матеріали та пристрої, які використовують квантові ефекти замість їх обмеження. Оптимізація процесів переносу енергії дозволить поліпшити ефективність молекулярних проводів і сонячних елементів, зменшуючи втрати енергії.

Дослідження, проведене дослідниками з Університету Райса, є ще одним кроком у напрямку до використання квантових технологій у реальних додатках, роблячи альтернативну енергетику більш доступною та ефективнішою. Залиша