热那亚大学开发出新型自旋量子电池 可以在没有外部磁场的情况下充电

盖世汽车讯 过去几年来，研究人员一直致力于开发利用量子力学原理的替代储能系统。这些被称为量子电池的系统可能比传统电池技术更高效、更紧凑，同时也能实现更快的充电速度。

据外媒报道，在近期发表于期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）的一篇论文中，来自热那亚大学（University of Genova）的研究团队介绍了一种新型自旋量子电池，能够利用粒子的自旋自由度来储存和释放能量，其充电方式独特且具有优势——无需外部磁场。

图片来源：University of Genova

该论文的资深作者Dario Ferraro表示：“量子多体理论和非平衡物理学是热那亚大学Maura Sassetti领导的量子凝聚态理论小组的传统研究领域。在这个框架下，我的同事NiccolòTraverso-Ziani专注于研究可分析求解的量子自旋链，而我则研究量子电池——利用量子力学原理存储能量的微型设备。我们认为Riccardo Grazi的硕士论文可以促使我们结合各自的研究兴趣。”

Ferraro及其同事最终将自旋量子电池的研究扩展到了包含大量元素的领域。这是迄今为止使用普通自旋量子电池设计方法无法实现的目标。

Ferraro解释：“我们的量子电池可以看作是两个½自旋集合的插层，这是最简单的量子系统。通过适当地改变两条链元素之间的相互作用，例如通过使一条链相对于另一条链移动，就能以稳定的方式将能量捕获到量子电池中。”

与现有的自旋量子电池设计相比，Ferraro及其同事开发的协议具有多种优势。最显著的一点是，这种电池可通过一种新的机制充电，而不依赖于外部磁场。

Ferraro表示：“我们研究的主要成果包括探索了一种基于时间依赖调制系统内部参数的替代充电协议，并且能够在组成设备的元素数量极大的极限条件下研究这一协议。我们认为，这将为量子电池的研究开辟新的、有趣的前景，包括使用中性原子等系统实现量子电池的可能性，这些系统目前是迈向大规模量子计算机的领先平台之一。”

Ferraro及其同事在一系列初步测试中评估了新的自旋量子电池设计和充电协议。他们得到的结果非常有希望，并突显出该充电方法的鲁棒性，该方法不需要很高的精度就能实现对电池的实时操控。

未来，这项研究将为开发新型高性能、高稳定性的固态量子电池铺平道路。与此同时，Ferraro及其同事们计划继续研究自旋量子电池充电协议，同时探索其对其他环境因素的敏感性。

Ferraro补充道：“我们目前正在探索温度和长程相互作用等因素如何影响一大类量子电池的充电过程，其中包括我们在论文末尾简要讨论过的伊辛模型（Ising model）。我们的主要目标是确定一个适用于各种系统的通用框架，以确定它们是否适合用作量子电池。”