“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)(liang)子比特相互糾(jiu)纏而產生(sheng)的“量(liang)(liang)子加速(su)”能為充電(dian)提供捷徑,所以用量(liang)(liang)子電(dian)池充電(dian)比傳(chuan)統電(dian)池更快。
最近(jin),來(lai)自英國(guo)、意大(da)利等(deng)四國(guo)的物理學(xue)家在(zai)英國(guo)物理學(xue)會(IOP)刊物《新物理學(xue)》雜志(zhi)上發表論文,提(ti)出了“量子電(dian)(dian)池”的概念,并理論證明了多量子比特相(xiang)互糾纏而產生的“量子加速(su)”能為(wei)充(chong)(chong)電(dian)(dian)提(ti)供(gong)捷徑,所以用(yong)量子電(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)比傳(chuan)統電(dian)(dian)池更快(kuai)。
量(liang)子(zi)(zi)電(dian)池可(ke)以(yi)有(you)多種(zhong)(zhong)物(wu)理形(xing)式,如離子(zi)(zi)、中(zhong)性原(yuan)子(zi)(zi)、光子(zi)(zi)等。量(liang)子(zi)(zi)比特能(neng)同時處(chu)于(yu)兩種(zhong)(zhong)狀態(tai),在(zai)量(liang)子(zi)(zi)電(dian)池中(zhong),這(zhe)兩種(zhong)(zhong)狀態(tai)代表不同能(neng)級,充(chong)電(dian)表示將量(liang)子(zi)(zi)比特由低能(neng)態(tai)變成(cheng)高能(neng)態(tai),而放電(dian)是逆(ni)向過程(cheng)。這(zhe)些特殊的量(liang)子(zi)(zi)比特稱為“工作量(liang)子(zi)(zi)比特”,因為它們可(ke)以(yi)在(zai)儲電(dian)后(hou)用于(yu)以(yi)后(hou)的工作。
從(cong)本質上說(shuo),實驗室(shi)中(zhong)任何(he)可(ke)控的、有穩定特征能態(tai)的量(liang)(liang)子(zi)(zi)系統都可(ke)以看作是(shi)(shi)一(yi)種電池。量(liang)(liang)子(zi)(zi)系統與傳統電池的重要區別是(shi)(shi),量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特之(zhi)間的聯系非常密切(qie),整個(ge)(ge)量(liang)(liang)子(zi)(zi)比(bi)特陣列可(ke)作為一(yi)個(ge)(ge)量(liang)(liang)子(zi)(zi)態(tai)。
研究人員證明(ming):在(zai)充電(dian)(dian)(dian)過(guo)程中,與沒有(you)糾(jiu)纏的(de)量(liang)子(zi)(zi)相比(bi)(bi),糾(jiu)纏量(liang)子(zi)(zi)在(zai)低能(neng)態和(he)高能(neng)態之間通過(guo)的(de)距離更短,而(er)且量(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特越多,糾(jiu)纏越強,充電(dian)(dian)(dian)過(guo)程也就(jiu)越快,充電(dian)(dian)(dian)使用時間與量(liang)子(zi)(zi)比(bi)(bi)特數量(liang)成反比(bi)(bi)。因此,假如(ru)1個工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)比(bi)(bi)特充電(dian)(dian)(dian)要1小時,6個工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)比(bi)(bi)特就(jiu)只需10分鐘。但(dan)實際上,典型(xing)量(liang)子(zi)(zi)系統不可能(neng)保持量(liang)子(zi)(zi)態這么長時間,它(ta)會(hui)與周(zhou)圍環境相互作(zuo)(zuo)用而(er)退相干。
除了(le)退(tui)相干以(yi)外,量(liang)子電池用(yong)于現實的另一個障礙是,相對(dui)于手(shou)機、電動(dong)車等(deng)設備的用(yong)電需求(qiu)來(lai)說,它(ta)們能(neng)存儲的電量(liang)太(tai)小了(le)。
論(lun)文合著者(zhe)、意大利阿卜(bu)杜(du)斯·薩拉(la)姆國(guo)際(ji)理(li)論(lun)物理(li)中心物理(li)學家約翰(han)·古爾德說:“量(liang)(liang)子(zi)系(xi)統的儲電量(liang)(liang)比日常用(yong)電設備要小好幾個(ge)數量(liang)(liang)級。我們只是從理(li)論(lun)上(shang)證明了在給一個(ge)系(xi)統輸入能(neng)量(liang)(liang)時,量(liang)(liang)子(zi)物理(li)能(neng)帶來加(jia)速(su)。”
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)。研究(jiu)人員打算進一步研究(jiu)熱(re)力(li)學過(guo)程中(zhong)的量子效應,以更好(hao)地理解量子電池的潛在應用(yong)。