量子電池充電更快證明了量子系統的熱力學優勢

　　最近，來自英國、意大利等四國的物理學家在英國物理學會（IOP）刊物《新物理學》雜志上發表論文，提出了“量子電池”的概念，并理論證明了多量子比特相互糾纏而產生的“量子加速”能為充電提供捷徑，所以用量子電池充電比傳統電池更快。

　　量子電池可以有多種物理形式，如離子、中性原子、光子等。量子比特能同時處于兩種狀態，在量子電池中，這兩種狀態代表不同能級，充電表示將量子比特由低能態變成高能態，而放電是逆向過程。這些特殊的量子比特稱為“工作量子比特”，因為它們可以在儲電后用于以后的工作。

　　從本質上說，實驗室中任何可控的、有穩定特征能態的量子系統都可以看作是一種電池。量子系統與傳統電池的重要區別是，量子比特之間的聯系非常密切，整個量子比特陣列可作為一個量子態。

　　研究人員證明：在充電過程中，與沒有糾纏的量子相比，糾纏量子在低能態和高能態之間通過的距離更短，而且量子比特越多，糾纏越強，充電過程也就越快，充電使用時間與量子比特數量成反比。因此，假如1個工作比特充電要1小時，6個工作比特就只需10分鐘。但實際上，典型量子系統不可能保持量子態這么長時間，它會與周圍環境相互作用而退相干。

　　除了退相干以外，量子電池用于現實的另一個障礙是，相對于手機、電動車等設備的用電需求來說，它們能存儲的電量太小了。

　　論文合著者、意大利阿卜杜斯·薩拉姆國際理論物理中心物理學家約翰·古爾德說：“量子系統的儲電量比日常用電設備要小好幾個數量級。我們只是從理論上證明了在給一個系統輸入能量時，量子物理能帶來加速。”

　　此外，還有一個大問題在于：除了發熱（無序能量）以外，量子電池能否做功（定向能量）。研究人員打算進一步研究熱力學過程中的量子效應，以更好地理解量子電池的潛在應用。