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量子电池打破因果关系海市蜃楼新闻

量子电池打破因果关系海市蜃楼新闻

以不确定的因果顺序对量子电池进行充电。 在传统世界中,如果您尝试使用两个充电器为电池充电,则必须按顺序执行此操作,从而将您的选择限制为只有两种可能的情况。 然而,利用一种名为 ICO 的新量子效应,开启了以一种明显非常规方式为量子电池充电的可能性。 在这里,以不同排列方式排列的多个充电器可以同时共存,形成量子叠加。 ©2023 陈等人。 CC-BY-ND

利用量子现象获取、分配和存储能量的电池有望在某些低功耗应用中超越传统化学电池的能力和效用。 包括东京大学在内的研究人员首次利用一种忽略传统因果关系概念的非直观量子过程来提高所谓量子电池的性能,使这种未来技术更接近现实。到现实。

当你听到“量子”这个支配亚原子世界的物理学时,量子计算机的发展往往会成为头条新闻,但还有其他即将推出的量子技术值得关注。 其中一个项目是量子电池,尽管其名称最初令人困惑,但它在可持续能源解决方案方面具有尚未开发的潜力,并且具有集成到未来电动汽车中的潜力。 然而,这些新设备旨在用于各种便携式和低功耗应用,特别是在充电机会稀缺的情况下。

目前,量子电池仅作为实验室实验存在,世界各地的研究人员正在研究各个方面,希望有一天能够将其组合成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陈远波和副教授长谷川义彦正在寻找给量子电池充电的最佳方法,而这正是时间发挥作用的地方。 量子电池的优点之一是它们应该非常高效,但这取决于你如何充电。

深红色和绿色线连接小型电子元件。

量子电池充电演示。 虽然它仍然比你在家里找到的 AA 电池大一点,但一种充当量子电池的实验设备已经证明了充电特性,有一天可以改善你的智能手机的电池。 ©2023 周等人。 CC-BY-ND

“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,”陈说。 “虽然化学电池受经典物理定律支配,但微观粒子本质上是量子的,因此我们有机会探索使用它们的方法,这些方法会弯曲甚至打破我们对小尺度上发生的事情的直觉观念。我特别感兴趣的是粒子可能的工作方式。”量子侵犯违反了我们的基本经验之一,即时间的经验。”

该团队与北京计算科学研究中心的周高燕研究员和薛平教授合作,尝试了使用激光器、透镜和镜子等光学设备为量子电池充电的方法,但他们实现这一目标的方法需要量子效应事件不像日常事物那样具有因果关系。 以前的量子电池充电方法涉及一系列相继的充电阶段。 然而,在这里,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,或 ICO。 在经典世界中,因果关系遵循一条清晰的路径,这意味着如果事件A导致事件B,则排除B导致A的可能性。然而,在量子层面,ICO允许因果关系在已知的情况下存在两个方向作为量子叠加,两者可以同时成立。

四张电池图,其间有箭头

间隙效应 普遍的直觉表明,充电器功率越大,电池的充电能力就越强。 然而,ICO 中出现的发现使这种关系发生了显着逆转。 现在,可以用低得多的功率为更活跃的电池充电。 ©2023 陈等人。 CC-BY-ND

“通过 ICO,我们已经证明,对由量子粒子组成的电池充电的方式可以显着影响其性能,”陈说。 “我们看到系统存储的能量和热效率都取得了巨大的进步。有点出乎意料的是,我们发现了一种令人惊讶的相互作用效应,这与您的预期相反:与相对较高的充电器相比,较低功率的充电器可以以更高的能源效率提供更高的能量。 -电源充电器。”它使用相同的设备。”

该团队探索的 ICO 现象除了为新一代低功耗设备充电之外还有其他用途。 基本原理,包括此处公开的可逆反应效应,可以提高涉及热力学或涉及传热的过程的其他任务的性能。 一个有前景的例子是太阳能电池板,其热效应会降低其效率,但 ICO 可以用来减轻这些影响并提高效率。

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