打破因果关系：量子电池的革命性力量

　　一种给电池充电的新方法利用了“无限因果秩序”的力量。

　　利用量子现象来获取、分配和储存电力的电池有望在某些低功耗应用中超越传统化学电池的能力和实用性。包括来自东京大学的研究人员在内的研究人员首次利用一种非直觉的量子过程，无视传统的因果关系概念，提高了所谓的量子电池的性能，使这种未来技术更接近现实。

　　可持续能源中的量子电池

　　当你听到“量子”这个词，即控制亚原子世界的物理学，量子计算机的发展往往会占据头条新闻，但还有其他即将到来的量子技术值得关注。其中一个项目就是量子电池，尽管它的名字最初令人困惑，但它在可持续能源解决方案方面具有未开发的潜力，并可能集成到未来的电动汽车中。尽管如此，这些新设备已经准备好在各种便携式和低功耗应用中找到用途，特别是在充电机会稀缺的情况下。

　　在传统世界中，如果你试图用两个充电器给电池充电，你必须按顺序充电，这就限制了可用的选择，只有两个可能的顺序。然而，利用这种被称为ICO的新型量子效应，可以以一种独特的非常规方式为量子电池充电。在这里，以不同顺序排列的多个充电器可以同时存在，形成量子叠加。图片来源:?2023 Chen et al。

　　量子电池的研究进展

　　目前，量子电池只存在于实验室实验中，世界各地的研究人员正在研究不同的方面，希望有一天能将其结合成一个功能齐全的实际应用。来自东京大学信息与通信工程系的研究生陈元波和副教授长谷川义彦正在研究给量子电池充电的最佳方式，这就是时间发挥作用的地方。量子电池的优势之一是它们应该非常高效，但这取决于它们充电的方式。

　　Chen说:“目前用于智能手机或传感器等低功耗设备的电池通常使用锂等化学物质来储存电荷，而量子电池则使用原子阵列等微观粒子。”“虽然化学电池受经典物理定律的支配，但微观粒子本质上是量子的，所以我们有机会探索使用它们的方法，这些方法可以改变甚至打破我们对小尺度上发生的事情的直觉概念。”我特别感兴趣的是量子粒子如何违背我们最基本的经验之一，即时间。”

　　虽然它仍然比你可能在家里找到的AA电池大很多，但作为量子电池的实验装置展示了充电特性，有一天可能会改善你的智能手机电池。来源:?2023朱等人。

　　量子充电方法

　　该团队与来自北京计算科学研究中心的朱高岩研究员和薛鹏教授合作，实验了使用激光、透镜和镜子等光学设备为量子电池充电的方法，但他们实现这一目标的方式需要量子效应，在量子效应中，事件不像日常事物那样因果相连。早期给量子电池充电的方法涉及一系列一个接一个的充电阶段。然而，在这里，研究小组使用了一种新的量子效应，他们称之为无限期因果顺序，或ICO。在经典领域，因果关系遵循一条清晰的路径，这意味着如果事件a导致事件B，那么B导致a的可能性就被排除了。然而，在量子尺度上，ICO允许两个方向的因果关系存在，即所谓的量子叠加，两者可以同时为真。

　　一般的直觉认为，一个更强大的充电器会导致电池电量更强。然而，ICO的发现给这种关系带来了显著的逆转;现在，用更少的电量给更有活力的电池充电成为可能。图片来源:?2023 Chen et al。

　　量子电池研究的意义

　　“通过ICO，我们证明了你给量子粒子组成的电池充电的方式可能会极大地影响它的性能，”Chen说。“我们看到系统中储存的能量和热效率都有了巨大的提高。有点违反直觉的是，我们发现了一种相互作用的惊人效果，这与你可能期望的相反:使用相同设备的低功率充电器可以提供更高的能量，效率更高。”

　　该团队探索的ICO现象可以找到新一代低功耗设备充电之外的用途。潜在的原理，包括这里发现的逆相互作用效应，可以提高涉及热力学或涉及热量传递过程的其他任务的性能。一个有希望的例子是太阳能电池板，热效应会降低它们的效率，但ICO可以用来减轻这些影响，从而提高效率。

　　参考文献:“通过不确定的因果顺序给量子电池充电:理论与实验”，作者:朱高岩，陈元波，长谷川义彦，薛鹏，2023年12月13日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.131.240401

　　国家自然科学基金(资助号:92265209、12025401)资助y.h.感谢JSPS KAKENHI资助号JP22H03659的支持。Y.C.感谢JST SPRING的支持，授权号JPMJSP2108。

　　分享

　　推特

　　REDDIT

　　电子邮件

　　分享

　　以前的文章

　　更多关于sciitechdaily

　　空间

　　地球