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    量子电池有望突围?“决胜法宝”被发现:打破因果禁锢可提升充电效率

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    任务小子

      量子电池是一种可以利用量子效应的储能设备。日本东京大学最新研究发现,它可以绕过传统因果关系规则提升充电效率。

      该研究的作者之一Yuanbo Chen说:“目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储存电荷,而量子电池使用原子阵列等微观粒子。”

    量子电池有望突围?“决胜法宝”被发现:打破因果禁锢可提升充电效率

      “虽然化学电池受经典物理定律的支配,但微观粒子本质上是量子的,所以我们有机会探索使用它们的方法,这些方法可以改变甚至打破我们对小尺度上发生事情的直觉概念。我特别感兴趣的是量子粒子如何违背我们最基本的经验之一,即时间。”他补充说。

      在现实世界,因果关系是最基本的规则,例如一个杯子掉落在地它才会碎,而在它掉下去之前它是不会碎的。但在量子世界里,需要强调的是,原因并不总是先于结果出现。

      研究人员解释说,在经典世界中,因果关系只有一个方向:如果事件A导致了事件B,那么很显然事件B不会导致事件A。但在量子尺度上,不可能判断这种因果关系的走向,这种量子现象被称为不定因果序。

      在这种状态下,因果关系的两个方向身处一种特殊的量子叠加态,其中两者可以同时成立,也可以同时不成立。这就是所谓的无限因果顺序或ICO。

      在最新研究中,科学家们将这种悖论融入到量子电池中,发现可以帮助它们提高效率。最新研究成果已于近期发表在了《物理评论快报》杂志上。

      具体而言,东京大学的科学家使用激光、透镜和镜子作为大型量子电池、利用两个为量子电池供电的充电器进行了一项实验室实验。他们计算了3种情况下电池将获得多少能量以及充电效率。

      这3种情况分别为:充电器按顺序为电池充电、同时为电池充电,以及由于前两种情况叠加在一起,无法判断哪个充电器在工作。

      实验结果显示,即使在充电器和电池之间的连接相对较弱的情况下,最后一种方法也能以最有效的方式为电池提供最大的能量。这意味着即使是次优充电器,充电过程也能很好地工作。

      简单地说,普遍的直觉表明,更强大的充电器会导致电池的电量更强。然而,ICO的发现为这种关系带来了显着的逆转。现在,可以用更少的电量为能量更大的电池充电。

      “通过ICO,我们证明了由量子粒子组成的电池充电的方式可能会极大地影响其性能,”Chen说:“我们看到系统中存储的能量和热效率都得到了巨大的提升。有点违反直觉的是,我们发现了一种相互作用的惊人效果,这与你可能期望的相反:与使用相同设备的相对高功率充电器相比,低功率充电器可以提供更高的能量和更高的效率。

      据悉,该团队探索的ICO现象可能会发现新一代低功耗设备充电以外的用途。基本原理,包括这里揭示的逆相互作用效应,可以提高涉及热力学或涉及热传递过程的其他任务的性能。

      一个极有希望的例子是太阳能电池板,其中热效应会降低其效率,但ICO可以用来缓解这些影响并导致效率的提高。

      来源:财联社

      作者:黄君芝

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