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，同時日益增長的能源需求也不斷激發(fā)了人們對變革性儲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驗技術(shù)，以實現(xiàn)具有更小尺寸、更強的充電功率、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。

針對這兩大挑戰(zhàn)，研究團隊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二能級原子被放置在一個矩形中空金屬波導(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力學(xué)，可實現(xiàn)充電器與電池間免受老化影響的持續(xù)能量交換。該過程實現(xiàn)了量子電池非接觸式的遠(yuǎn)距“類無線”充電，同時也證實了退相干效應(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。該工作對進一步推動量子電池的物理實現(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道。

《Nature》刊文對該工作進行了題為“A better way to charge a quantum battery”的“亮點研究”報道[2]。

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

英國科技新聞雜志《New Scientist》進行了題為“Quantum batteries that charge wirelessly might never lose efficiency”的報道[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)基金項目、湖北省創(chuàng)新團體項目、湖北省杰青等項目的資助。

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] 報道鏈接：https://www.gearrice.com/update/chinese-researchers-develop-first-wireless-quantum-battery-that-never-runs-out/.