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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(gai)念,并理(li)論(lun)證明了(le)多量子比(bi)特(te)相互糾(jiu)纏(chan)而產生的“量子加速(su)”能為充電(dian)提供捷徑,所(suo)以用量子電(dian)池充電(dian)比(bi)傳統電(dian)池更快。

 

 

  最近,來自英(ying)國、意大利等(deng)四國的物(wu)理(li)學(xue)家在英(ying)國物(wu)理(li)學(xue)會(IOP)刊物(wu)《新物(wu)理(li)學(xue)》雜志上發(fa)表論文,提出了“量(liang)子(zi)(zi)電(dian)池(chi)”的概念,并理(li)論證明了多(duo)量(liang)子(zi)(zi)比(bi)特相互糾纏而產生的“量(liang)子(zi)(zi)加速(su)”能(neng)為充(chong)電(dian)提供捷徑,所以用(yong)量(liang)子(zi)(zi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)比(bi)傳統電(dian)池(chi)更(geng)快。

  量(liang)(liang)子(zi)(zi)電池可(ke)以有多種物理形式,如(ru)離子(zi)(zi)、中(zhong)性原子(zi)(zi)、光子(zi)(zi)等。量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)(te)能同(tong)時(shi)處于兩種狀態,在量(liang)(liang)子(zi)(zi)電池中(zhong),這兩種狀態代(dai)表不同(tong)能級,充電表示(shi)將量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)(te)由低能態變成高能態,而放電是逆向過程。這些(xie)特(te)(te)殊的量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)(te)稱為“工作量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特(te)(te)”,因為它(ta)們可(ke)以在儲電后用于以后的工作。

  從(cong)本質(zhi)上說,實驗室中任(ren)何可控的、有(you)穩定特征(zheng)能態的量(liang)子系(xi)統都可以看作(zuo)是(shi)一種電池。量(liang)子系(xi)統與傳統電池的重(zhong)要區別是(shi),量(liang)子比(bi)特之(zhi)間的聯(lian)系(xi)非(fei)常密切,整(zheng)個(ge)量(liang)子比(bi)特陣(zhen)列(lie)可作(zuo)為一個(ge)量(liang)子態。

  研究人員(yuan)證明:在充(chong)電(dian)過(guo)(guo)程(cheng)中,與(yu)沒有糾(jiu)(jiu)纏的(de)量子(zi)(zi)相比(bi)(bi)(bi),糾(jiu)(jiu)纏量子(zi)(zi)在低(di)能(neng)態和(he)高能(neng)態之(zhi)間通過(guo)(guo)的(de)距離(li)更(geng)短,而且量子(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)越多(duo),糾(jiu)(jiu)纏越強(qiang),充(chong)電(dian)過(guo)(guo)程(cheng)也就(jiu)越快,充(chong)電(dian)使用時(shi)間與(yu)量子(zi)(zi)比(bi)(bi)(bi)特(te)數量成反比(bi)(bi)(bi)。因此,假如1個工作比(bi)(bi)(bi)特(te)充(chong)電(dian)要(yao)1小時(shi),6個工作比(bi)(bi)(bi)特(te)就(jiu)只需(xu)10分鐘。但實(shi)際上,典(dian)型量子(zi)(zi)系統不(bu)可能(neng)保(bao)持(chi)量子(zi)(zi)態這么長時(shi)間,它會與(yu)周圍環境相互作用而退相干。

  除了(le)退相干以外,量子電(dian)(dian)(dian)池用(yong)于現實的另一(yi)個障礙(ai)是,相對于手機、電(dian)(dian)(dian)動車等設備的用(yong)電(dian)(dian)(dian)需求來說,它們能存儲的電(dian)(dian)(dian)量太小(xiao)了(le)。

  論文(wen)合著者、意大利阿卜杜斯(si)·薩拉姆國際理(li)(li)論物(wu)理(li)(li)中心物(wu)理(li)(li)學家(jia)約(yue)翰·古爾德說(shuo):“量(liang)子系(xi)統的(de)儲電量(liang)比日常用電設備要(yao)小(xiao)好幾個數量(liang)級(ji)。我們只是從理(li)(li)論上證(zheng)明了在給一個系(xi)統輸入能量(liang)時,量(liang)子物(wu)理(li)(li)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,量子電池能否(fou)做功(定向能量)。研究(jiu)人(ren)員打算(suan)進一步研究(jiu)熱(re)力學過程中的(de)量子效(xiao)應,以更好地理解量子電池(chi)的(de)潛(qian)在應用。

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