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"量子电池"充电更快 证明了量子系统的热力学优势

日期:2022年05月31日

       科技日报北京8月4日电(记者 常立军)近日, 英国、意大利等四个国家的物理学家在英国物理研究所(IOP)的刊物《新物理学》杂志上发表论文, 提出量子电池的概念。 , 并从理论上证明, 多个量子比特纠缠产生的量子加速度可以为充电提供捷径, 因此用量子电池充电比传统电池快。量子电池可以有多种物理形式, 例如离子、中性原子、光子等等。一个量子比特可以同时处于两种状态。在量子电池中, 这两种状态代表不同的能级。
       充电是指将量子比特从低能态变为高能态, 而放电则是相反的过程。这些特殊的量子位被称为工作量子位,

因为它们可以在储存电力后用于以后的工作。从本质上讲, 实验室中任何具有稳定特征能态的可控量子系统都可以被认为是一种电池。
       量子系统和传统电池之间的一个重要区别是, 量子位是如此紧密地连接在一起, 以至于整个量子位阵列都可以充当一个量子态。研究人员证明, 在充电过程中, 纠缠的量子在低能态和高能态之间的传播距离比未纠缠的量子短, 并且量子比特越多, 纠缠越强, 充电过程越快。充电时间与量子比特数成反比。因此, 如果充电 1 个工作位需要 1 小时, 则充电 6 个工作位只需 10 分钟。然而, 在实践中, 典型的量子系统不能长时间保持量子状态, 它会与周围环境相互作用并变得不相干。
       除了退相干此外, 量子电池实际使用的另一个障碍是, 相对于手机和电动汽车等设备的电力需求, 它们可以储存的电力太少。共同作者, 意大利阿卜杜斯萨拉姆国际理论物理中心的物理学家约翰古尔德说:“量子系统可以存储比日常电子设备小几个数量级的电力。我们只是在理论上证明了量子物理学可以带来将能量输入系统时加速。此外, 还有一个大问题:除了产生热量(无序能量)之外,

量子电池是否还能做功(定向能量)。
       研究人员打算进一步研究热力学过程中的量子效应, 以更好地了解量子电池的潜在应用。

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