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“量子电池”比传统电池充电更快

“量子电池”比传统电池充电更快

  最近,来自英国、意大利等四国的物理学家在英国物理学会(IOP)刊物《新物理学》杂志上发表论文,提出了“量子电池”的概念,并理论证明了多量子比特相互纠缠而产生的“量子加速”能为充电提供捷径,所以用量子电池充电比传统电池更快。

  量子电池可以有多种物理形式,如离子、中性原子、光子等。量子比特能同时处于两种状态,在量子电池中,这两种状态代表不同能级,充电表示将量子比特由低能态变成高能态,而放电是逆向过程。这些特殊的量子比特称为“工作量子比特”,因为它们可以在储电后用于以后的工作。

  从本质上说,实验室中任何可控的、有稳定特征能态的量子系统都可以看作是一种电池。量子系统与传统电池的重要区别是,量子比特之间的联系非常密切,整个量子比特阵列可作为一个量子态。

  研究人员证明:在充电过程中,与没有纠缠的量子相比,纠缠量子在低能态和高能态之间通过的距离更短,而且量子幸运28比特越多幸运28,纠缠越强,充电过程也就越快,充电使用时间与量子比特数量成反比。因此,假如1个工作比特充电要1小时,6个工作比特就只需10分钟。但实际上,典型量子系统不可能保持量子态这么长时间,它会与周围环境相互作用而退相干。

  除了退相干以外,量子电池用于现实的另一个障碍是,相对于手机、电动车等设备的用电需求来说,它们能存储的电量太小了。

  论文合著者、意大利阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心物理学家约翰·古尔德说:“量子系统的储电量比日常用电设备要小好几个数量级。我们只是从理论上证明了在给一个系统输入能量时,量子物理能带来加速。”

  此外,还有一个大问题在于:除了发热(无序能量)以外,量子电池能否做功(定向能量)。研究人员打算进一步研究热力学过程中的量子效应,以更好地理解量子电池的潜在应用。