在經(jīng)典世界中，如果您嘗試使用兩個(gè)充電器為電池充電，則必須按順序進(jìn)行，將可用選項(xiàng)限制為僅兩個(gè)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(gè)充電器可以同時(shí)存在，形成量子疊加。圖片來(lái)源：Chen et al， 2023
利用量子現(xiàn)象來(lái)獲取、分配和儲(chǔ)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(shí)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(guò)程，無(wú)視傳統(tǒng)的因果關(guān)系概念來(lái)提高所謂的量子電池的性能，使這項(xiàng)未來(lái)技術(shù)更接近現(xiàn)實(shí)。
目前，量子電池僅作為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)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(gè)功能齊全的實(shí)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(zhǎng)谷川佳彥正在研究為量子電池充電的最佳方法，這就是時(shí)間發(fā)揮作用的地方。量子電池的優(yōu)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備展示了充電特性，有朝一日可以改善智能手機(jī)中的電池。圖片來(lái)源：Zhu et al， 2023
“目前用于智能手機(jī)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(lái)存儲(chǔ)電荷，而量子電池則使用原子陣列等微觀粒子，”Chen說(shuō)。“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(jī)會(huì)探索使用它們的方法，這些方法會(huì)彎曲甚至打破我們對(duì)小尺度上發(fā)生的事情的直覺(jué)概念。我對(duì)量子粒子如何違反我們最基本的經(jīng)驗(yàn)之一，即時(shí)間的方式特別感興趣。
該團(tuán)隊(duì)與北京計(jì)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(shí)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(gè)接一個(gè)的充電階段。然而，在這里，該團(tuán)隊(duì)使用了一種新的量子效應(yīng)，他們稱之為無(wú)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(gè)方向都存在于所謂的量子疊加中，其中兩者可以同時(shí)為真。
普遍的直覺(jué)表明，更強(qiáng)大的充電器會(huì)導(dǎo)致電池的電量更強(qiáng)。然而，ICO的發(fā)現(xiàn)為這種關(guān)系帶來(lái)了顯著的逆轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，可以用更少的電量為能量更大的電池充電。圖片來(lái)源：Chen et al， 2023
“通過(guò)ICO，我們證明了由量子粒子組成的電池充電的方式可能會(huì)極大地影響其性能，”Chen說(shuō)。“我們看到系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點(diǎn)違反直覺(jué)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(duì)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(tuán)隊(duì)探索的ICO現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新一代低功耗設(shè)備充電以外的用途。基本原理，包括這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(guò)程的其他任務(wù)的性能。一個(gè)有希望的例子是太陽(yáng)能電池板，其中熱效應(yīng)會(huì)降低其效率，但I(xiàn)CO可以用來(lái)緩解這些影響并導(dǎo)致效率的提高。
關(guān)注科學(xué)剃刀，每日推送關(guān)于核聚變、理論物理、太空探索的最新動(dòng)態(tài)，關(guān)注+星標(biāo)，第一時(shí)間收到推送
利用量子現(xiàn)象來(lái)獲取、分配和儲(chǔ)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(shí)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(guò)程，無(wú)視傳統(tǒng)的因果關(guān)系概念來(lái)提高所謂的量子電池的性能，使這項(xiàng)未來(lái)技術(shù)更接近現(xiàn)實(shí)。
目前，量子電池僅作為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)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(gè)功能齊全的實(shí)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(zhǎng)谷川佳彥正在研究為量子電池充電的最佳方法，這就是時(shí)間發(fā)揮作用的地方。量子電池的優(yōu)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)設(shè)備展示了充電特性，有朝一日可以改善智能手機(jī)中的電池。圖片來(lái)源：Zhu et al， 2023
“目前用于智能手機(jī)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(lái)存儲(chǔ)電荷，而量子電池則使用原子陣列等微觀粒子，”Chen說(shuō)。“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(jī)會(huì)探索使用它們的方法，這些方法會(huì)彎曲甚至打破我們對(duì)小尺度上發(fā)生的事情的直覺(jué)概念。我對(duì)量子粒子如何違反我們最基本的經(jīng)驗(yàn)之一，即時(shí)間的方式特別感興趣。
該團(tuán)隊(duì)與北京計(jì)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(shí)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(gè)接一個(gè)的充電階段。然而，在這里，該團(tuán)隊(duì)使用了一種新的量子效應(yīng)，他們稱之為無(wú)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(gè)方向都存在于所謂的量子疊加中，其中兩者可以同時(shí)為真。
普遍的直覺(jué)表明，更強(qiáng)大的充電器會(huì)導(dǎo)致電池的電量更強(qiáng)。然而，ICO的發(fā)現(xiàn)為這種關(guān)系帶來(lái)了顯著的逆轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，可以用更少的電量為能量更大的電池充電。圖片來(lái)源：Chen et al， 2023
“通過(guò)ICO，我們證明了由量子粒子組成的電池充電的方式可能會(huì)極大地影響其性能，”Chen說(shuō)。“我們看到系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點(diǎn)違反直覺(jué)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(duì)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(tuán)隊(duì)探索的ICO現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新一代低功耗設(shè)備充電以外的用途。基本原理，包括這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(guò)程的其他任務(wù)的性能。一個(gè)有希望的例子是太陽(yáng)能電池板，其中熱效應(yīng)會(huì)降低其效率，但I(xiàn)CO可以用來(lái)緩解這些影響并導(dǎo)致效率的提高。
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