鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:723次 | 2019年03月02日
“量子電池”比傳統(tǒng)電池充電更快
最近,來(lái)自英國(guó)、意大利等四國(guó)的物理學(xué)家在英國(guó)物理學(xué)會(huì)(IOP)刊物《新物理學(xué)》雜志上發(fā)表論文,提出了“量子電池”的概念,并理論證明了多量子比特相互糾纏而產(chǎn)生的“量子加速”能為充電提供捷徑,所以用量子電池充電比傳統(tǒng)電池更快。
量子電池可以有多種物理形式,如離子、中性原子、光子等。量子比特能同時(shí)處于兩種狀態(tài),在量子電池中,這兩種狀態(tài)代表不同能級(jí),充電表示將量子比特由低能態(tài)變成高能態(tài),而放電是逆向過(guò)程。這些特殊的量子比特稱(chēng)為“工作量子比特”,因?yàn)樗鼈兛梢栽趦?chǔ)電后用于以后的工作。
從本質(zhì)上說(shuō),實(shí)驗(yàn)室中任何可控的、有穩(wěn)定特征能態(tài)的量子系統(tǒng)都可以看作是一種電池。量子系統(tǒng)與傳統(tǒng)電池的重要區(qū)別是,量子比特之間的聯(lián)系非常密切,整個(gè)量子比特陣列可作為一個(gè)量子態(tài)。
研究人員證明:在充電過(guò)程中,與沒(méi)有糾纏的量子相比,糾纏量子在低能態(tài)和高能態(tài)之間通過(guò)的距離更短,而且量子比特越多,糾纏越強(qiáng),充電過(guò)程也就越快,充電使用時(shí)間與量子比特?cái)?shù)量成反比。因此,假如1個(gè)工作比特充電要1小時(shí),6個(gè)工作比特就只需10分鐘。但實(shí)際上,典型量子系統(tǒng)不可能保持量子態(tài)這么長(zhǎng)時(shí)間,它會(huì)與周?chē)h(huán)境相互作用而退相干。
除了退相干以外,量子電池用于現(xiàn)實(shí)的另一個(gè)障礙是,相對(duì)于手機(jī)、電動(dòng)車(chē)等設(shè)備的用電需求來(lái)說(shuō),它們能存儲(chǔ)的電量太小了。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
論文合著者、意大利阿卜杜斯·薩拉姆國(guó)際理論物理中心物理學(xué)家約翰·古爾德說(shuō):“量子系統(tǒng)的儲(chǔ)電量比日常用電設(shè)備要小好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。我們只是從理論上證明了在給一個(gè)系統(tǒng)輸入能量時(shí),量子物理能帶來(lái)加速。”
此外,還有一個(gè)大問(wèn)題在于:除了發(fā)熱(無(wú)序能量)以外,量子電池能否做功(定向能量)。研究人員打算進(jìn)一步研究熱力學(xué)過(guò)程中的量子效應(yīng),以更好地理解量子電池的潛在應(yīng)用。