近日，精密測量院囚禁離子物理課題組與湖北大學(xué)、蘭州大學(xué)合作，在量子電池理論研究方面取得新進(jìn)展，提出抗老化的遠(yuǎn)距充電量子電池方案，相關(guān)研究成果在物理學(xué)頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表。

近年來，關(guān)于量子電池的研究是頗受關(guān)注的量子科技問題之一，同時(shí)日益增長的能源需求也不斷激發(fā)了人們對(duì)變革性儲(chǔ)供能裝置研究的興趣。人們期待通過量子系統(tǒng)的特性以及在微觀尺度上重構(gòu)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)規(guī)律，再結(jié)合在量子比特層面上的精確探測與操縱的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)具有更小尺寸、更強(qiáng)的充電功率、更高的充電容量和更大的可提取功的新原理儲(chǔ)供能裝置——量子電池。雖然近年來量子電池取得快速發(fā)展，但是它的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用仍然面臨兩大挑戰(zhàn)：一是量子電池的老化問題，這是由于環(huán)境誘導(dǎo)量子電池的退相干使其存儲(chǔ)的能量自發(fā)耗散；二是量子電池普遍采用電池與充電器間的相干耦合來充電，但該充電方案敏感地受制于不可避免發(fā)生的退相干與電池-充電器間距的增大而面臨失效。

針對(duì)這兩大挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型量子電池方案：分別扮演充電器和量子電池角色的兩個(gè)二能級(jí)原子被放置在一個(gè)矩形中空金屬波導(dǎo)中，充電器和量子電池的間距遠(yuǎn)大于能實(shí)現(xiàn)偶極-偶極相干耦合的有效距離。研究發(fā)現(xiàn)：利用波導(dǎo)中的真空電磁場這一共同環(huán)境誘導(dǎo)的非馬爾科夫退相干動(dòng)力學(xué)，可實(shí)現(xiàn)充電器與電池間免受老化影響的持續(xù)能量交換。該過程實(shí)現(xiàn)了量子電池非接觸式的遠(yuǎn)距“類無線”充電，同時(shí)也證實(shí)了退相干效應(yīng)在建立電池-充電器間相干互聯(lián)中的建設(shè)性作用，有效地解決量子電池的能量耗散問題和距離限制問題。該工作對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)量子電池的物理實(shí)現(xiàn)具有重要理論指導(dǎo)意義。

該工作受到了國際科技媒體的廣泛報(bào)道。

《Nature》刊文對(duì)該工作進(jìn)行了題為“A better way to charge a quantum battery”的“亮點(diǎn)研究”報(bào)道[2]。

國際科技新聞門戶網(wǎng)站Phys.org進(jìn)行了題為“Scientists propose new scheme for the quantum battery using waveguides”的報(bào)道[3]。

英國科技新聞雜志《New Scientist》進(jìn)行了題為“Quantum batteries that charge wirelessly might never lose efficiency”的報(bào)道[4][5]。

美國知名技術(shù)和創(chuàng)新媒體以題為“Chinese researchers develop first wireless quantum battery that never runs out”的報(bào)道[6]。

該研究以 “Remote charging and degradation suppression for quantum battery”為題在學(xué)術(shù)期刊《Physical Review Letters》上發(fā)表。湖北大學(xué)副教授宋婉露為文章第一作者，湖北大學(xué)教授周斌、精密測量院研究員楊萬里和蘭州大學(xué)教授安鈞鴻為聯(lián)合通訊作者。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、湖北省創(chuàng)新團(tuán)體項(xiàng)目、湖北省杰青等項(xiàng)目的資助。

相關(guān)鏈接：

[1]??Wan-Lu Song, Hai-Bin Liu, Bin Zhou, Wan-Li Yang, and Jun-Hong An,?Remote charging and degradation suppression for quantum battery, Phys. Rev. Lett.?132, 090401 (2024).

[2]??A better way to charge a quantum battery, Nature Research Highlight (08 March 2024),?https://doi.org/10.1038/d41586-024-00652-1.

[3]?Scientists propose new scheme for the quantum battery using waveguides,?https://phys.org/news/2024-03-scientists-scheme-quantum-battery-waveguides.html.

[4]?Quantum batteries that charge wirelessly might never lose efficiency,?https://www.newscientist.com/article/2390776-quantum-batteries-that-charge-wirelessly-might-never-lose-efficiency/.

[5]?K. Padavic-Callaghan,?Quantum batteries could perform better if charged wirelessly, New Scientist Issue 3456, 17 (2023).

[6] 報(bào)道鏈接：https://www.gearrice.com/update/chinese-researchers-develop-first-wireless-quantum-battery-that-never-runs-out/.