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“量子電池”比傳統電池充電更快

最近,來自英國、意大利等四國的物理學家提出了“量子電池”的概念,并理論證明了多量(liang)子比特相互糾纏而(er)產生的“量(liang)子加速”能為充(chong)電(dian)提(ti)供捷徑,所以(yi)用量(liang)子電(dian)池充(chong)電(dian)比傳統電(dian)池更快。

 

 

  最近,來自(zi)英國(guo)(guo)、意大(da)利等四(si)國(guo)(guo)的(de)物理(li)學(xue)家在英國(guo)(guo)物理(li)學(xue)會(IOP)刊物《新物理(li)學(xue)》雜志(zhi)上發表論(lun)文,提(ti)出了“量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)”的(de)概念(nian),并理(li)論(lun)證明了多(duo)量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)比特相互糾纏而(er)產(chan)生的(de)“量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)加速(su)”能為充電(dian)(dian)提(ti)供(gong)捷徑,所以(yi)用量(liang)(liang)(liang)(liang)子(zi)(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)充電(dian)(dian)比傳統電(dian)(dian)池(chi)(chi)更快。

  量(liang)子(zi)電池(chi)可(ke)以(yi)有多種(zhong)物理形式,如(ru)離子(zi)、中性原子(zi)、光子(zi)等。量(liang)子(zi)比特(te)能(neng)同時處于(yu)兩種(zhong)狀(zhuang)態,在量(liang)子(zi)電池(chi)中,這兩種(zhong)狀(zhuang)態代(dai)表不同能(neng)級,充電表示(shi)將量(liang)子(zi)比特(te)由(you)低(di)能(neng)態變成高(gao)能(neng)態,而放電是逆(ni)向(xiang)過(guo)程(cheng)。這些特(te)殊(shu)的(de)量(liang)子(zi)比特(te)稱為“工(gong)作量(liang)子(zi)比特(te)”,因為它們可(ke)以(yi)在儲電后(hou)用于(yu)以(yi)后(hou)的(de)工(gong)作。

  從本(ben)質上說,實驗室中任何可(ke)控的、有(you)穩定特征能態的量(liang)子系(xi)統都可(ke)以看(kan)作是(shi)一種電池。量(liang)子系(xi)統與傳統電池的重要區別是(shi),量(liang)子比特之(zhi)間的聯系(xi)非(fei)常密切,整(zheng)個量(liang)子比特陣列可(ke)作為一個量(liang)子態。

  研究人員(yuan)證(zheng)明:在(zai)充(chong)電(dian)過(guo)程中,與沒有糾纏(chan)(chan)的量(liang)(liang)子(zi)(zi)相比(bi),糾纏(chan)(chan)量(liang)(liang)子(zi)(zi)在(zai)低能態(tai)(tai)和高能態(tai)(tai)之(zhi)間通過(guo)的距離更短,而且量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特(te)越(yue)多(duo),糾纏(chan)(chan)越(yue)強,充(chong)電(dian)過(guo)程也就越(yue)快,充(chong)電(dian)使用時(shi)間與量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特(te)數(shu)量(liang)(liang)成反比(bi)。因此,假如(ru)1個工作(zuo)比(bi)特(te)充(chong)電(dian)要1小時(shi),6個工作(zuo)比(bi)特(te)就只需10分鐘(zhong)。但實際(ji)上,典(dian)型量(liang)(liang)子(zi)(zi)系統不可(ke)能保(bao)持量(liang)(liang)子(zi)(zi)態(tai)(tai)這么長時(shi)間,它會與周圍環境相互(hu)作(zuo)用而退相干(gan)。

  除了退相干以外,量子電池用于現實(shi)的(de)另一個障礙是,相對于手(shou)機、電動車等設(she)備的(de)用電需求來說(shuo),它(ta)們能存儲的(de)電量太小了。

  論文合著者、意(yi)大利(li)阿卜(bu)杜斯·薩拉姆國際理論物理中心物理學家約翰·古(gu)爾德說:“量子系統(tong)的儲電量比日常用電設備要(yao)小好幾個(ge)數量級。我們只(zhi)是從理論上證明了在給(gei)一個(ge)系統(tong)輸入能量時,量子物理能帶來加速。”

  此外,還有一個大問題在于:除了發熱(無序能量)以外,量子電池能(neng)否做功(定向能(neng)量)。研(yan)究人(ren)員打算進一步研(yan)究熱力學(xue)過(guo)程中的(de)量子(zi)(zi)效應,以(yi)更好地理解(jie)量子(zi)(zi)電池的(de)潛在應用。

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