Computador quântico cria janela transparente que bloqueia calor e economiza energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/12/2022

O revestimento tem alta transparência e a maior eficiência até agora na retenção do calor.
[Imagem: University of Notre Dame]

Resfriadores radiativos transparentes

Nos últimos anos, tem surgido uma série de revestimentos e materiais transparentes para substituir ou complementar as janelas de vidro das casas e edifícios para que possamos gastar menos energia com ar-condicionado ou aquecimento.

Esses materiais, projetados para bloquear o calor, seja do lado de dentro ou de fora, tipicamente funcionam com base no princípio da refrigeração radiativa, ou refrigeração passiva, uma tecnologia que envia o calor para o frio do espaço refletindo a radiação infravermelha (calor) em um comprimento de onda para o qual a atmosfera terrestre é transparente.

Otimizar esses resfriadores radiativos transparentes para torná-los economicamente viáveis, contudo, envolve montar múltiplas camadas ultrafinas de diversos tipos de materiais, que devem ser dispostos em configurações muito precisas para se obter uma eficiência razoável.

Como não é fácil encontrar a receita ideal por tentativa e erro, Seongmin Kim e colegas da Universidade de Notre Dame, nos EUA, resolveram pedir ajuda aos computadores quânticos.

Kim criou um modelo computadorizado de um resfriador radiativo transparente que permitiu testar todos os ingredientes que as diversas equipes ao redor do mundo já mostraram serem promissoras, e então encontrar não apenas a melhor receita, mas também a melhor forma de misturar os ingredientes.

O uso da simulação quântica foi essencial na obtenção dos resultados em tempo razoável.
[Imagem: Seongmin Kim et al. - 10.1021/acsenergylett.2c01969]

Computação com recozimento quântico

Em vez de testar cada possível configuração em laboratório, as combinações foram testadas em uma fração de segundo por um computador quântico D-Wave, que funciona por um princípio chamado recozimento quântico, que já se demonstrou ser capaz de resolver problemas insolúveis para os computadores comuns.

"O recozimento quântico é um esquema de computação quântica ideal para otimização em um espaço discreto porque a superposição de todas as combinações de entrada possíveis por qubits quânticos pode avaliar instantaneamente a função objetivo para encontrar o mínimo global com o efeito de tunelamento quântico, que pode passar através de mínimos locais. Nos últimos anos, o recozimento quântico obteve sucesso na concepção de metamateriais e emissores térmicos," escreveu a equipe.

E deu certo também no caso dos refrigeradores radiativos.

Guiados pelos resultados da simulação, a equipe fabricou um novo revestimento usando camadas de sílica (óxido de silício), alumina e titânia (óxido de titânio) sobre uma base de vidro, completando tudo com o mesmo polímero usado para fazer lentes de contato.

O resultado foi um revestimento de 1,2 micrômetro de espessura que supera todos os outros revestimentos de vidro redutores de calor já apresentados.

"Acho que a estratégia de computação quântica é tão importante quanto o próprio material," disse o professor Tengfei Luo, coordenador da equipe. "Usando essa abordagem, conseguimos encontrar o melhor material da categoria, projetar um resfriador radiativo e provar experimentalmente seu efeito de resfriamento."

Mais tópicos