最近，來自英國、意大利等四國的物理學(xué)家在英國物理學(xué)會(huì)(IOP)刊物《新物理學(xué)》雜志上發(fā)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(chǎn)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(tǒng)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(shí)處于兩種狀態(tài)，在量子電池中，這兩種狀態(tài)代表不同能級(jí)，充電表示將量子比特由低能態(tài)變成高能態(tài)，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?yàn)樗鼈兛梢栽趦?chǔ)電后用于以后的工作。

從本質(zhì)上說，實(shí)驗(yàn)室中任何可控的、有穩(wěn)定特征能態(tài)的量子系統(tǒng)都可以看作是一種電池。量子系統(tǒng)與傳統(tǒng)電池的重要區(qū)別是，量子比特之間的聯(lián)系非常密切，整個(gè)量子比特陣列可作為一個(gè)量子態(tài)。

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(tài)和高能態(tài)之間通過的距離更短，而且量子比特越多，糾纏越強(qiáng)，充電過程也就越快，充電使用時(shí)間與量子比特?cái)?shù)量成反比。因此，假如1個(gè)工作比特充電要1小時(shí)，6個(gè)工作比特就只需10分鐘。但實(shí)際上，典型量子系統(tǒng)不可能保持量子態(tài)這么長(zhǎng)時(shí)間，它會(huì)與周圍環(huán)境相互作用而退相干。

除了退相干以外，量子電池用于現(xiàn)實(shí)的另一個(gè)障礙是，相對(duì)于手機(jī)、電動(dòng)車等設(shè)備的用電需求來說，它們能存儲(chǔ)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(xué)家約翰·古爾德說：“量子系統(tǒng)的儲(chǔ)電量比日常用電設(shè)備要小好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。我們只是從理論上證明了在給一個(gè)系統(tǒng)輸入能量時(shí)，量子物理能帶來加速。”

此外，還有一個(gè)大問題在于：除了發(fā)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(jìn)一步研究熱力學(xué)過程中的量子效應(yīng)，以更好地理解量子電池的潛在應(yīng)用。