量子電池可以通過(guò)擾亂時(shí)間來(lái)提供一種新的能量存儲(chǔ)

在典型的電池中，帶電離子以一種方式通過(guò)其他顆粒的海洋當(dāng)電池充電時(shí)，然后向另一個(gè)方向沖回去，根據(jù)提示釋放儲(chǔ)存的能量。

離子來(lái)回移動(dòng)，一些離子沿途被轉(zhuǎn)移，直到電池容量耗盡，而且它失去能量的速度太快，沒(méi)有任何用處。

但是物理學(xué)家們，他們很擅長(zhǎng)，他們正在想象一種新的方法，通過(guò)利用一種奇怪的方式，在方便的便攜式設(shè)備中儲(chǔ)存能量扭曲時(shí)間的量子現(xiàn)象，以及其他不尋常的事件。

“目前用于智能手機(jī)或傳感器等低功率設(shè)備的電池通常使用鋰等化學(xué)物質(zhì)來(lái)存儲(chǔ)電荷，而量子電池則使用原子陣列等微觀粒子。解釋陳元波，東京大學(xué)物理學(xué)研究生。

在他們的最新工作中，Chen與中國(guó)工程物理研究院北京計(jì)算科學(xué)研究中心的物理學(xué)家Gaoyan Zhu及其同事合作，測(cè)試了創(chuàng)造一種量子電池的想法，該電池允許同時(shí)充電階段，從而提高能量存儲(chǔ)和熱效率。

“雖然化學(xué)電池受經(jīng)典物理定律的支配，但微觀粒子本質(zhì)上是量子的，因此我們有機(jī)會(huì)探索使用它們的方法，這些方法會(huì)彎曲甚至打破我們對(duì)小尺度上發(fā)生的事情的直覺(jué)概念，”陳說(shuō).

Chen，Zhu及其同事當(dāng)然不是第一個(gè)想象量子電池如何工作的人，但他們已經(jīng)在充滿間隔激光器，透鏡和鏡子的實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

2019年，一組加拿大研究人員制定藍(lán)圖對(duì)于永不失去電荷的量子電池。他們的想法仍然完全是理論上的，它取決于一種不同的量子機(jī)制：一種涉及引誘量子組件進(jìn)入“黑暗狀態(tài)”，材料無(wú)法與環(huán)境相互作用或失去能量。

Zhu及其同事的方法遵循了一種稱為重合，通常被召回量子計(jì)算，并且是粒子在被測(cè)量之前以一系列可能狀態(tài)存在的地方。

這種可能性的疊加也擾亂了時(shí)間的自然順序，研究人員最近表明.

在經(jīng)典物理學(xué)和日常生活中，事件只能以線性方式或固定順序發(fā)生。先考慮因果，或先考慮事件 A（輕按開(kāi)關(guān)），再考慮事件 B（燈亮起）。

然而，在量子領(lǐng)域，這種線性秩序被打破，疊加允許事件同時(shí)沿著兩條平行路徑展開(kāi)。在某種程度上，這擾亂了時(shí)間，因?yàn)橐粋€(gè)事件緊隨另一個(gè)事件之后，也會(huì)影響事件的結(jié)果，就好像它發(fā)生在事件之前一樣，因?yàn)槭录膬蓚€(gè)順序，A 在 B 之前，B 在 A 之前，同時(shí)為真。

“簡(jiǎn)單地說(shuō)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)定律允許因果順序的量子疊加，”朱及其同事解釋.

為了將其應(yīng)用于儲(chǔ)能，研究人員使用量子開(kāi)關(guān)，測(cè)試了幾種不同的充電器配置，并創(chuàng)建了一個(gè)能夠同時(shí)從兩個(gè)充電器中提取的系統(tǒng)。

“我們證明，由量子粒子組成的電池充電的方式可能會(huì)極大地影響其性能。說(shuō)陳?！拔覀兛吹较到y(tǒng)中存儲(chǔ)的能量和熱效率都得到了巨大的提升?！?/p>

“此外，我們揭示了一種違反直覺(jué)的效應(yīng)，即功率相對(duì)較小的充電器可以保證充電的電池以更高的效率獲得更多的能量，”研究人員在他們的論文中報(bào)告.

雖然這種量子“電池”更像是實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上的激光網(wǎng)絡(luò)，距離任何實(shí)際應(yīng)用還有數(shù)年時(shí)間，但它仍然是基本原理的很酷的演示，以及未來(lái)某個(gè)時(shí)候可能發(fā)生的事情——如果它過(guò)去沒(méi)有發(fā)生過(guò)的話。

該研究已發(fā)表在物理評(píng)論快報(bào).

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