性能更强,量子电池或将问世

▲并联工作的量子电池(上图);一个量子电池中协同工作的纠缠模块(下图)。

虽然电池技术已经有了较大发展,但其核心仍然是基于18、19世纪时发展起来的基本电化学原理。现在,随着量子理论研究的深入,物理学家们尝试着通过量子现象改变传统电池,以制造新一代的强劲电池。据《物理评论快报》最新一期的报道,意大利理工学院物理学家Dario Ferraro等人从理论上证实了量子加速用于量子电池的可能性。该技术与用于信息处理的量子计算的量子加速类似。

“我们已经证实,即使是在一个简单的仿真模型中,通过合理利用量子力学原理,也能使充电功率大大提高。”Ferraro在接受Phys.org采访时谈到:“量子电池一旦问世,将会对快速充放/电过程产生革命性影响。也许在不久的将来,人们就会看到纳米电源为小型设备直接供电了。”

在Ferraro等的研究中,科学家们先在量子电池中实现工作模块的量子纠缠,然后将所有模块进行耦合,接入同一量子能源。结果他们发现,与简单并联充电的模块相比,量子缠绕的模块在充电功率上体现出协同增强效果。并且,随着模块数量增加,协同增强效应越强——量子电池包含N个模块,那么量子强化值为N的平方根。研究人员将实现快速充电的功劳归于电池模块的量子缠绕。这些模块都以同一种量子化的电磁模式相耦合,来自能量源的光子介导了单元间的远距离相互作用,进而导致模块之间的量子纠缠。

Ferraro等的研究虽然是建立在之前的抽象概念之上,但这一工作使该概念具体化和实验化了。正如Ferraro所言,他们的工作是抽象概念与量子电池应用之间的桥梁。据研究人员估计,借助目前的先进技术(超导量子,光子晶体等),量子电池是可以实现的。接下来,研究人员将对量子电池的充电功率和储电性能之间的关系进行研究。

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编译:雷鑫宇 责编:李雪

来源:https://phys.org/news/2018-03-quantum-speed-up-batteries.html