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“量子電池”比傳統(tǒng)電池充電更快

  • 發(fā)布時間：2015-08-05 01:30:34  來源：科技日報  作者：佚名  責任編輯：羅伯特

　　科技日報北京8月4日電 （記者常麗君）最近，來自英國、意大利等四國的物理學家在英國物理學會（IOP）刊物《新物理學》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，充電表示將量子比特由低能態(tài)變成高能態(tài)，而放電是逆向過程。這些特殊的量子比特稱為“工作量子比特”，因為它們可以在儲電后用于以后的工作。

　　從本質(zhì)上說，實驗室中任何可控的、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，整個量子比特陣列可作為一個量子態(tài)。

　　研究人員證明：在充電過程中，與沒有糾纏的量子相比，糾纏量子在低能態(tài)和高能態(tài)之間通過的距離更短，而且量子比特越多，糾纏越強，充電過程也就越快，充電使用時間與量子比特數(shù)量成反比。因此，假如1個工作比特充電要1小時，6個工作比特就只需10分鐘。但實際上，典型量子系統(tǒng)不可能保持量子態(tài)這么長時間，它會與周圍環(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)實的另一個障礙是，相對于手機、電動車等設(shè)備的用電需求來說，它們能存儲的電量太小了。

　　論文合著者、意大利阿卜杜斯·薩拉姆國際理論物理中心物理學家約翰·古爾德說：“量子系統(tǒng)的儲電量比日常用電設(shè)備要小好幾個數(shù)量級。我們只是從理論上證明了在給一個系統(tǒng)輸入能量時，量子物理能帶來加速?！?/p>

　　此外，還有一個大問題在于：除了發(fā)熱（無序能量）以外，量子電池能否做功（定向能量）。研究人員打算進一步研究熱力學過程中的量子效應(yīng)，以更好地理解量子電池的潛在應(yīng)用。

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