窓は室内に光を取り入れますが、同時に不要な熱も持ち込む可能性があります。その場合、エアコンは熱を冷ますために非常に一生懸命働く必要があります。この問題を解決し、量子ウィンドウ技術でエネルギー節約を強化するために、研究者は透明放射冷却 (TRC) コーティングを採用しています。
ノートルダム大学のエネルギー研究分野におけるドリーニ・ファミリー教授であるテンフェイ・ルオ氏と、博士研究員のソンミン・キム氏は、窓用の透明コーティングを開発した。
このコーティング、または透明放射冷却材（TRC）は、熱を発生させる紫外線と赤外線を遮断することができます。太陽の角度に関係なく、可視光線のみを透過させます。既存の窓や自動車に使用でき、暑い気候ではエアコンのコストを3分の1以上削減するのに役立ちます。
変化する太陽の角度に対応する効率的な設計
本研究の筆頭著者であるテンフィー・ルオ氏は、「太陽光と窓ガラスの角度は常に変化しています。当社のコーティングは、太陽の位置に関係なく、機能性と効率性を維持します」と述べています。
最近の多くの研究では、窓のコーティングは直角で部屋に入る光のみを最適化するとされています。しかし、これは実現可能ではありません。正午は一日のうちで最も暑い時間帯であることが多く、太陽光線は垂直に設置された窓に斜めの角度で入る傾向があります。
革新的な素材と技術
以前、羅教授は博士研究員のキム・ソンミン氏とともに、ガラス基板上にアルミナ、シリカ、酸化チタンの極薄層を積層することで、透明な窓コーティングを作製しました。さらに、マイクロメートル厚のシリコンポリマーも添加しました。この添加により、構造の冷却能力が向上し、大気窓を通して熱放射を宇宙空間に反射することが可能になります。
羅教授は、「太陽光の様々な角度に対応できるようコーティングを設計するには、層の順序をさらに最適化する必要がありました。しかし、組み合わせの数が膨大であるため、試行錯誤によるアプローチは現実的ではありませんでした」と述べた。
研究者たちは、材料と層の最適な組み合わせを見つけるには、プロセスを最適化する必要があることに気づいた。そこで、プロセスを最適化するために、羅教授と金氏は計算モデルを作成した。そして、量子機械学習（QML）アルゴリズムを用いて、層と材料の最適な組み合わせを見つけ出した。
でも、ブラインドを閉めるとエネルギー節約になると思いますか？
結果と応用
- 材料は結局 1.2ミクロンの厚さの透明な窓コーティングです。
- 市場に出回っている他の類似製品よりも効果があるようです。
- 彼らのモデルは、透明性を維持しながら、 温度を下げる（摂氏5.4～7.2度、華氏9.7～13度）。
- 模型室では、光が広範囲の角度で透過する場合でも、これを実現できました。
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このプロジェクトは、量子コンピューティングが研究プロセスにおいていかに役立つかを示しています。複雑な特性を持つ様々な材料の設計に活用できます。したがって、量子ウィンドウ技術による省エネルギーは、多くの分野において大きな助けとなるでしょう。
