How Quantum Physics Could Power the Future

A theoretical model of a quantum dot made out of the semiconductor material gallium arsenide. The dot contains just 465 atoms. Credit: Lin-Wang Wang/Lawrence Berkeley Laboratory

http://www.livescience.com/environment/080730-pf-quantum-enviro.html

How Quantum Physics Could Power the Future
量子物理学は、どのように将来の原動力となることができましたかBy Michael Schirber, Special to
posted: 30 July 2008 09:11 am ET
Editor's Note: Each Wednesday LiveScience examines the viability of emerging energy technologies — the power of the future.
エディタの注： 各水曜日に、LiveScienceは新生のエネルギー技術の生存能力を調べます — 将来の力。

The strange behavior of quantum physics might seem too unpredictable to rely on for our energy needs, but new technologies hope to capitalize on its very strangeness.
量子物理学の変な作用は我々のエネルギーニーズを頼るにはあまりに予測できないようかもしれません、しかし、新技術はそのまさしくその珍しさを利用することを望みます。

The most familiar of these quantum tricks is the fact that light acts both like a wave and a particle.
これらの量子トリックで最もおなじみのものは、光が波と小片のようにふるまうという事実です。

This dual nature is utilized in solar power technology. Incoming sunlight is concentrated by mirrors and lenses that rely on the wave-like properties of light. Once inside a solar cell, however, this focused light collides with electrons in a particle-like way, thus freeing the electrons to create an electric current.
この二重自然は、太陽エネルギー技術で利用されます。入って来る日光は、光の波状の特性に頼る鏡とレンズで集中されます。一度太陽電池の中に、しかし、この焦束された光は小片のような方向で電子と衝突します。このように、電流をつくるために電子を解きます。

Quantum dots
量子点

The next generation of solar cells may employ tiny bits of semiconductor material called quantum dots. These nanometer-sized devices are so small that only a handful (anywhere from 1 to 1,000) of free electrons can reside inside.
太陽電池の次世代は、量子点と呼ばれている半導体材の小さいビットを使用するかもしれません。これらのナノメートルサイズの装置は、自由電子の厄介もの（1から1,000までどこでも）だけが中で住むことができるように小さいです。

Because of these cramped quarters, a quantum dot behaves like an artificial atom in that its electrons can reside only at specific (so-called quantized) energy levels. These levels define exactly what wavelengths of light the dot will absorb.
これらの窮屈な４分の１のため、その電子が特定の（いわゆる量子化された）エネルギー準位だけに住むことができるという点で、量子点は人工原子のようにふるまいます。これらのレベルは、点が光のどんな波長を吸収するかについて、正確に定めます。

"Quantum dots have a host of unusual properties compared to bulk semiconductors," said Arthur Nozik of the National Renewable Energy Laboratory, part of the U.S. Department of Energy. He and his colleagues are looking at how a single light particle (or photon) can enter a dot and excite several electrons, rather than the usual one.
「量子点には、大きさ半導体と比較して多数の変わった特性があります」と、国立RenewableなEnergy Laboratory（米エネルギー省の一部）のアーサーNozikが言いました。彼と彼の同僚は、一つの軽い粒子（または光子）が点を入力することができて、いくつかの電子（普通のものよりむしろ）を励起することができる方法を見ています。

Other researchers are looking to tune the wavelengths at which a dot absorbs light by making it bigger or smaller. Solar cell manufacturers may one day be able to mix together dots of different sizes to absorb sunlight along a wide range of wavelengths.
他の研究者は、点がそれをより大きいかより小さくすることによって光を吸収する波長を調整するのを期待しています。太陽電池メーカーは、ある日、広範囲にわたる波長に沿って日光を吸収するために異なるサイズの点を混ぜ合わせることができるかもしれません。

Quantum wires
量子ケーブル

A quantum wire is like a quantum dot stretched out along one direction. In certain cases, this narrow conduit — 10,000 times thinner than a human hair — can be very good at conducting electricity, as the electrons tend to move in a more orderly fashion down the wire.
量子ケーブルは、1つの方向に沿って伸ばされる量子点のようです。特定のケース（この細いパイプ）で — 人間の髪より10,000回細い — 電子がワイヤーの下により整然としたやり方で動く傾向があって、電気を伝導することが非常に上手でありえます。

One way to make quantum wires is with carbon nanotubes, which are small rolled-up sheets of hexagonally-bound carbon. Discovered in 1991, these nanotubes are beginning to show up in all types of applications, including better energy storage.
量子ケーブルを製造する1つの方法はカーボンナノチューブです。そして、それは六角形に縛られたカーボンの小さな巻かれた板です。1991年に発見されて、これらのナノチューブは、より良いエネルギー保管を含むさまざまなアプリケーションで現れ始めています。

As one MIT group has shown, it is possible to make a souped-up capacitor from carbon nanotubes. The researchers grow the nanotubes close together — in what is likely the world's tiniest shag carpet — to increase surface area inside the capacitor.
1 つのMITグループが示したように、カーボンナノチューブからパワーアップしたコンデンサを製造することは可能です。研究者は、一緒にナノチューブ終わりを発達させます — たぶん世界の最も小さいウカーペットであることで — コンデンサの中に表面積を増やすこと。

The resulting "ultracapacitor" could store as much as 50 percent of the electricity that a similarly-sized battery can, the scientists claim. This might be ideal inside an electric car, as capacitors are more durable and can charge and discharge much faster than batteries.
結果として生じる「ultracapacitor」は同じようにサイズのバッテリーがそうすることができる電気の50パーセントも保存することができたと、科学者が主張します。コンデンサがより耐久性があって、バッテリーより非常に速く充電および放電を行うことができて、これは電気自動車の中に理想的かもしれません。

Superconductors
超伝導体

Although quantum wires can be good conductors, another quantum substance is the best.
量子ケーブルが良いコンダクターでありえるが、もう一つの量子物質は最高です。

Superconductors are materials in which the electrons pair up to carry the current. This pairing is unusual because electrons typically repel each other, but quantum physics overcomes this and, in so doing, reduces the electrical resistance in the superconductor to zero, or very close to zero.
超伝導体は、電子が流れをもたらすためにペアになる材料です。電子が一般的に互いをはね返すので、この組合せは珍しいです、しかし、量子物理学はこれを克服して、とてもする際に、ゼロまたは非常に0近くまで超伝導体で電気抵抗を減らします。

Resistance is what makes a wire get hot when it carries electricity. Power companies typically lose about 7 percent of their energy to heat caused by resistance in transmission wires.
抵抗は、それが電気をもたらすとき、ワイヤーを熱くならせることです。電力会社は、一般的に、伝達ワイヤーで抵抗に起因する熱に、彼らのエネルギーのおよそ7パーセントを失います。

Superconducting wires could help reduce this waste. The trouble is that superconductors only work at extremely cold temperatures.
超伝導ワイヤーは、この無駄を還元するのを助けることができました。トラブルは、超伝導体がとても冷えた温度で働くだけであるということです。

For example, the longest superconducting cable system for transmitting power — installed earlier this year along a half-mile stretch of the Long Island power grid by American Superconductor Corporation and its partners — must be surrounded by liquid nitrogen to keep it at minus 330 degrees Fahrenheit (minus 200 degrees Celsius).
たとえば、力を伝導するために最も長い超伝導ケーブルシステム — アメリカンスーパーコンダクター社とそのパートナーによってロングアイランド送電網の半マイル範囲に沿って、今年始め装置されます — それを華氏マイナス330度（摂氏マイナス200度）に保つために、液体窒素によって囲まれなければなりません。

American Superconductor is also working on applying its superconducting wires to offshore wind turbines, in order to make them smaller and more efficient.
アメリカのSuperconductorも、彼らをより小さくてより効率的にするために、沖合風力タービンにその超伝導針金を塗ることに取り組んでいます。

Light-emitting diodes
発光ダイオード

One good way to use all this quantum-derived electricity is to turn on a light-emitting diode, or LED, which works like a solar cell but in reverse.
このような量子由来の電気を使う1つの良い方法は発光ダイオードまたはLEDをつけることになっています、そしてそれは、作品はリバースで太陽電池を以外好みます。

Electric current going through the diode causes electrons to jump across a barrier between two types of semiconductor material. The jumping electrons then fall into lower energy states, emitting a photon.
ダイオードによって行っている電流は、電子が2種類の半導体材の間の障壁全体でとぶ原因になります。跳ぶ電子はそれから下のエネルギー状態に落ちます。そして、光子を発します。

Because the wavelength of this emitted light is in a very narrow band, there is not a lot of wasted energy emitted in the infrared, as is the case for normal incandescent light bulbs. An LED's efficiency is even better than that of compact fluorescents.
この発された光の波長が非常に狭いバンドの中にあるので、通常の白熱電球の場合のように、赤外線で発される多くの無駄になるエネルギーがありません。LEDの効率は、小さい蛍光のそれよりさらによいです。

LEDs are now being made into full light fixtures that can replace normal bulbs. Their extra cost can be offset by lower electricity bills.
LEDは、現在、通常の電球にとって代わることができる強烈な照明設備になっています。彼らの追加コストは、低い電気代で相殺されることができます。

In the energy saving business, every quantum bit can help.
省エネルギービジネスにおいて、あらゆる量子ビットは助けることができます。

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