东京大学探讨给量子电池充电的最佳方法

盖世汽车讯 利用量子现象来获取、分配和存储电力的电池，有望在某些低功耗应用中超越传统化学电池，实现更广泛的性能和用途。据外媒报道，东京大学（the University of Tokyo）等机构的研究人员首次利用违反直觉的量子过程（这种过程无视传统的因果关系概念）来提高所谓的量子电池的性能，从而使这项未来技术更接近现实。

以不确定的因果顺序给量子电池充电。在传统世界中，如果人们尝试用两个充电器给电池充电，则必须按顺序充电，从而将可用选项限制为两个可能的顺序。然而，利用被称为ICO的新型量子效应，有可能以独特的非常规方式为量子电池充电。这里以不同顺序排列的多个充电器可以同时存在，从而形成量子叠加。（图片来源：东京大学）

现在，量子技术备受关注，其中一项就是量子电池。这种电池在可持续能源解决方案以及与未来电动汽车集成的可能性方面具有尚未开发的潜力。此外，这些新设备有望用于各种便携式和低功耗应用，特别是在充电机会很少的情况下。

目前，量子电池仅作为实验室实验而存在。全球研究人员从不同方面进行研究，希望有朝一日能够将它们结合起来，以实现功能齐全的实际应用。东京大学信息与通信工程系的研究生Yuanbo Chen和副教授Yoshihiko Hasegawa正在探讨给量子电池充电的最佳方法。量子电池的优点之一是，它们应该非常高效，但具体取决于充电方式。

量子电池充电演示（图片来源：东京大学）

Chen表示：“当前用于智能手机或传感器等低功耗设备的电池，通常使用锂等化学物质来存储电荷，而量子电池则使用原子阵列等微观粒子。化学电池受经典物理定律的支配，而微观粒子本质上来说就是量子，因此我们有机会探索使用它们的方法。就在小尺度下发生的事情而言，这些方法会改变甚至打破人们的直觉观念。我特别感兴趣的是量子粒子如何违背人们最基本的经验之一，即时间。”

该团队与北京计算科学研究中心的研究人员合作，尝试利用激光器、透镜和镜子等光学设备为量子电池充电的方法。然而，他们实现这一目标的方式需要一种量子效应，其中的事件并不像日常事物那样存在因果关系。

早期的量子电池充电方法涉及一系列相继进行的充电阶段。然而，在这项研究中，该团队使用了一种新的量子效应，他们称之为不确定因果顺序（ICO）。在经典领域中，因果关系遵循一条清晰的路径，如果事件A导致事件B，则排除B导致A的可能性。然而，在量子尺度上，ICO允许两个因果关系方向存在于所谓的量子叠加，并且两者可以同时成立。 

普遍的直觉表明，充电器功率越大，给电池充电的能力就越强。然而，源自ICO的发现使这种关系发生了明显的逆转。现在，可以用更少的电量为能量更高的电池充电。（图片来源：东京大学）

Chen表示：“研究人员通过ICO证明，人们给由量子粒子组成的电池充电的方式，可能会极大地影响它的性能。我们看到系统中储存的能量和热效率都有了巨大的提高。有点儿违反直觉的是，我们发现了一种惊人的相互作用效果，可能与人们期望的正好相反，即与使用相同设备的较高功率充电器相比，低功率充电器可以提供更高的能量和效率。”

除了为新一代低功耗设备充电，该团队探讨的ICO现象还有其他用途。这些基本原理（包括这里发现的逆相互作用效应）可以提高涉及热力学或热传递过程的其他工作的性能。其中一个富有前景的例子是太阳能电池板，其热效应会降低效率，但可以通过ICO来减轻这种现象并提高效率。