quantum fields mechanics energy source
Znanstvenici su sve bliže otkrivanju zamršenog plesa kvantne fizike kako bi revolucionirali način na koji proizvodimo energiju. Dok računalna industrija prijeti da će ostati bez energije zbog procvata umjetne inteligencije, znanstvenici se utrkuju kako bi kvantno računarstvo pretvorili u stvarnost kao sredstvo za rješavanje kritičnih dilema energetske sigurnosti, a istovremeno preokrenuli računalnu tehnologiju naglavačke.

Znamo da je potencijal kvantne fizike i kvantnog računarstva ogroman unutar energetskog sektora, ali još uvijek postoji mnogo toga što ne razumijemo o znanosti koja stoji iza toga. Promatranje kvantnog svijeta izuzetno je teško jer se ponašanja i reakcije događaju u tako maloj mjeri i tako munjevito brzo da su procesi gotovo nevidljivi ljudima.

Ali znanstvenici postaju sve bolji u prevladavanju ovog izazova. Na MIT-u su istraživači razvili genijalan način skaliranja rekreacije kvantnog Hallovog efekta kako bi učinkovitije promatrali fenomen koji se obično javlja u premaloj i prebrzoj mjeri za proučavanje. Umjesto promatranja elektrona, MIT-ov tim pronašao je način superhlađenja atoma natrija i kontrole njihovog prostornog rasporeda laserima na način koji im omogućuje oponašanje fenomena od interesa - takozvanog "rubnog stanja".

Normalno, elektroni se slobodno kreću u svim smjerovima, nasumično se raspršujući kada naiđu na prepreku zbog trenja. Međutim, u određenim kontekstima i s određenim egzotičnim materijalima, ponašaju se drugačije, tekući zajedno i u jednom smjeru duž ruba materijala. To je poznato kao kvantni Hallov efekt. A sada su znanstvenici s MIT-a pronašli način da smisleno prouče ovaj efekt kako bismo jednog dana mogli iskoristiti fiziku "rubnog stanja" za revoluciju u računarstvu s gotovo neograničenom energijom.

"U ovom rijetkom 'rubnom stanju' elektroni mogu teći bez trenja, klizeći bez napora oko prepreka dok se drže svog toka usmjerenog na perimetar", objašnjava se u članku s MIT-a. "Za razliku od supravodiča, gdje svi elektroni u materijalu teku bez otpora, struja koju prenose rubni modovi javlja se samo na granici materijala."

Ovaj nedostatak otpora znači nedostatak gubitka energije, što bi moglo imati ogromne i remetilačke implikacije za gotovo svaki sektor koji koristi modernu tehnologiju. Prema izvješću Interesting Engineeringa, "takvo kretanje elektrona bez trenja može omogućiti prijenos podataka i energije između uređaja bez ikakvih gubitaka pri prijenosu, što dovodi do razvoja superučinkovitih elektroničkih sklopova i kvantnih računala."

Kvantno računanje privlači sve veću pozornost zbog njegovog potencijala da temeljno promijeni računalne procese na načine koji bi mogli povećati učinkovitost i time drastično smanjiti energetske potrebe tehnološkog sektora. U određenim primjenama, kvantna računala mogla bi biti do 100 puta energetski učinkovitija od trenutnih superračunala. To bi moglo imati ogromne implikacije za umjetnu inteligenciju i njezin rastući energetski otisak, jer bi kvantno računarstvo moglo biti posebno prikladno za obradu pomoću umjetne inteligencije.

Dok je normalno računanje binarno, s jedinicama i nulama koje služe kao prekidači za uključivanje i isključivanje, kvantno računarstvo djeluje putem kubita, koji mogu biti istovremeno uključeni i isključeni, poput novčića koji se vrti u zraku prije nego što sleti kao glava ili rep. Ovo istovremeno stanje "jedan-dva" naziva se superpozicija i moglo bi potpuno promijeniti osnove računarstva.

Kvantno računarstvo i područje kvantne fizike u širem smislu još uvijek imaju dug put pred sobom prije nego što uđu u bilo kakvu komercijalnu domenu. Ali naše razumijevanje ovih fenomena - i njihovih potencijalnih primjena u energetskom i tehnološkom sektoru - brzo napreduje. Nedavni proboj na MIT-u, pružajući pouzdaniju i vidljiviju zamjenu za kvantne procese, mogao bi katalizirati kvantno eksperimentiranje, dovodeći nas jedan veliki korak bliže budućnosti beskonačne energije.