在經(jīng)典世界中，如果您嘗試使用兩個充電器為電池充電，則必須按順序進行，將可用選項限制為僅兩個可能的訂單。然而，利用稱為ICO的新型量子效應(yīng)，為量子電池充電提供了可能性。在這里，以不同順序排列的多個充電器可以同時存在，形成量子疊加。圖片來源：Chen et al， 2023
利用量子現(xiàn)象來獲取、分配和儲存能量的電池有望在某些低功耗應(yīng)用中超越傳統(tǒng)化學(xué)電池的能力和實用性。包括東京大學(xué)在內(nèi)的研究人員首次利用一種不直觀的量子過程，無視傳統(tǒng)的因果關(guān)系概念來提高所謂的量子電池的性能，使這項未來技術(shù)更接近現(xiàn)實。
目前，量子電池僅作為實驗室實驗存在，世界各地的研究人員正在研究不同的方面，希望有朝一日能夠結(jié)合成一個功能齊全的實際應(yīng)用。東京大學(xué)信息與通信工程系的研究生陳元波和副教授長谷川佳彥正在研究為量子電池充電的最佳方法，這就是時間發(fā)揮作用的地方。量子電池的優(yōu)點之一是它們應(yīng)該非常高效，但這取決于它們的充電方式。
雖然它仍然比你在家里可能發(fā)現(xiàn)的AA電池大得多，但作為量子電池的實驗設(shè)備展示了充電特性，有朝一日可以改善智能手機中的電池。圖片來源：Zhu et al， 2023
“目前用于智能手機或傳感器等低功率設(shè)備的電池通常使用鋰等化學(xué)物質(zhì)來存儲電荷，而量子電池則使用原子陣列等微觀粒子，”Chen說。“雖然化學(xué)電池受經(jīng)典物理定律的支配，但微觀粒子本質(zhì)上是量子的，因此我們有機會探索使用它們的方法，這些方法會彎曲甚至打破我們對小尺度上發(fā)生的事情的直覺概念。我對量子粒子如何違反我們最基本的經(jīng)驗之一，即時間的方式特別感興趣。
該團隊與北京計算科學(xué)研究中心的研究員朱高燕和薛鵬教授合作，嘗試了使用激光、透鏡和鏡子等光學(xué)設(shè)備為量子電池充電的方法，但他們實現(xiàn)它的方式需要量子效應(yīng)，其中事件不像日常事物那樣有因果關(guān)系。
早期的量子電池充電方法涉及一系列一個接一個的充電階段。然而，在這里，該團隊使用了一種新的量子效應(yīng)，他們稱之為無限因果順序或ICO。在經(jīng)典領(lǐng)域，因果關(guān)系遵循一條清晰的路徑，這意味著如果事件 A 導(dǎo)致事件 B，那么 B 導(dǎo)致 A 的可能性被排除在外。然而，在量子尺度上，ICO允許因果關(guān)系的兩個方向都存在于所謂的量子疊加中，其中兩者可以同時為真。
普遍的直覺表明，更強大的充電器會導(dǎo)致電池的電量更強。然而，ICO的發(fā)現(xiàn)為這種關(guān)系帶來了顯著的逆轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，可以用更少的電量為能量更大的電池充電。圖片來源：Chen et al， 2023
“通過ICO，我們證明了由量子粒子組成的電池充電的方式可能會極大地影響其性能，”Chen說。“我們看到系統(tǒng)中存儲的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點違反直覺的是，我們發(fā)現(xiàn)了一種與你所期望的相反的相互作用的驚人效果：與使用相同設(shè)備的相對高功率充電器相比，低功率充電器可以提供更高的能量和更高的效率。
該團隊探索的ICO現(xiàn)象可能會發(fā)現(xiàn)新一代低功耗設(shè)備充電以外的用途?；驹恚ㄟ@里揭示的逆相互作用效應(yīng)，可以提高涉及熱力學(xué)或涉及熱傳遞過程的其他任務(wù)的性能。一個有希望的例子是太陽能電池板，其中熱效應(yīng)會降低其效率，但I(xiàn)CO可以用來緩解這些影響并導(dǎo)致效率的提高。
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利用量子現(xiàn)象來獲取、分配和儲存能量的電池有望在某些低功耗應(yīng)用中超越傳統(tǒng)化學(xué)電池的能力和實用性。包括東京大學(xué)在內(nèi)的研究人員首次利用一種不直觀的量子過程，無視傳統(tǒng)的因果關(guān)系概念來提高所謂的量子電池的性能，使這項未來技術(shù)更接近現(xiàn)實。
目前，量子電池僅作為實驗室實驗存在，世界各地的研究人員正在研究不同的方面，希望有朝一日能夠結(jié)合成一個功能齊全的實際應(yīng)用。東京大學(xué)信息與通信工程系的研究生陳元波和副教授長谷川佳彥正在研究為量子電池充電的最佳方法，這就是時間發(fā)揮作用的地方。量子電池的優(yōu)點之一是它們應(yīng)該非常高效，但這取決于它們的充電方式。
雖然它仍然比你在家里可能發(fā)現(xiàn)的AA電池大得多，但作為量子電池的實驗設(shè)備展示了充電特性，有朝一日可以改善智能手機中的電池。圖片來源：Zhu et al， 2023
“目前用于智能手機或傳感器等低功率設(shè)備的電池通常使用鋰等化學(xué)物質(zhì)來存儲電荷，而量子電池則使用原子陣列等微觀粒子，”Chen說。“雖然化學(xué)電池受經(jīng)典物理定律的支配，但微觀粒子本質(zhì)上是量子的，因此我們有機會探索使用它們的方法，這些方法會彎曲甚至打破我們對小尺度上發(fā)生的事情的直覺概念。我對量子粒子如何違反我們最基本的經(jīng)驗之一，即時間的方式特別感興趣。
該團隊與北京計算科學(xué)研究中心的研究員朱高燕和薛鵬教授合作，嘗試了使用激光、透鏡和鏡子等光學(xué)設(shè)備為量子電池充電的方法，但他們實現(xiàn)它的方式需要量子效應(yīng)，其中事件不像日常事物那樣有因果關(guān)系。
早期的量子電池充電方法涉及一系列一個接一個的充電階段。然而，在這里，該團隊使用了一種新的量子效應(yīng)，他們稱之為無限因果順序或ICO。在經(jīng)典領(lǐng)域，因果關(guān)系遵循一條清晰的路徑，這意味著如果事件 A 導(dǎo)致事件 B，那么 B 導(dǎo)致 A 的可能性被排除在外。然而，在量子尺度上，ICO允許因果關(guān)系的兩個方向都存在于所謂的量子疊加中，其中兩者可以同時為真。
普遍的直覺表明，更強大的充電器會導(dǎo)致電池的電量更強。然而，ICO的發(fā)現(xiàn)為這種關(guān)系帶來了顯著的逆轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，可以用更少的電量為能量更大的電池充電。圖片來源：Chen et al， 2023
“通過ICO，我們證明了由量子粒子組成的電池充電的方式可能會極大地影響其性能，”Chen說。“我們看到系統(tǒng)中存儲的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點違反直覺的是，我們發(fā)現(xiàn)了一種與你所期望的相反的相互作用的驚人效果：與使用相同設(shè)備的相對高功率充電器相比，低功率充電器可以提供更高的能量和更高的效率。
該團隊探索的ICO現(xiàn)象可能會發(fā)現(xiàn)新一代低功耗設(shè)備充電以外的用途?；驹恚ㄟ@里揭示的逆相互作用效應(yīng)，可以提高涉及熱力學(xué)或涉及熱傳遞過程的其他任務(wù)的性能。一個有希望的例子是太陽能電池板，其中熱效應(yīng)會降低其效率，但I(xiàn)CO可以用來緩解這些影響并導(dǎo)致效率的提高。
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