打破因果关系：量子电池的革命性力量

量子电池凭借其创新的充电方式，代表了电池技术的飞跃，有望在可持续能源解决方案中实现更高的效率和更广泛的应用。

一种新的电池充电方式利用了“无限因果秩序”的力量。

利用量子现象来获取、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实用性。包括东京大学在内的研究人员首次利用一种不直观的量子过程，无视传统的因果关系概念来提高所谓的量子电池的性能，使这项未来技术更接近现实。

可持续能源中的量子电池
当你听到“量子”这个词时，量子计算机的发展往往会成为头条新闻，但还有其他即将到来的量子技术值得关注。其中一个项目是量子电池，虽然最初在名称上令人费解，但它在可持续能源解决方案和可能集成到未来电动汽车中具有未开发的潜力。尽管如此，这些新器件有望在各种便携式和低功耗应用中发挥作用，尤其是在充电机会稀少的情况下。

在经典世界中，如果您尝试使用两个充电器为电池充电，则必须按顺序进行，将可用选项限制为仅两个可能的订单。然而，利用称为ICO的新型量子效应，为量子电池充电提供了可能性。在这里，以不同顺序排列的多个充电器可以同时存在，形成量子叠加。图片来源：©2023 Chen et al.

量子电池的研究进展
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不同的方面，希望有朝一日能够结合成一个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元波和副教授长谷川佳彦正在研究为量子电池充电的最佳方法，这就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，但这取决于它们的充电方式。

“目前用于智能手机或传感器等低功率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，”Chen说。“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，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概念。我对量子粒子如何违反我们最基本的经验之一，即时间的方式特别感兴趣。

虽然它仍然比你在家里可能发现的AA电池大得多，但作为量子电池的实验设备展示了充电特性，有朝一日可以改善智能手机中的电池。图片来源：©2023 Zhu et al.

量子充电方法

该团队与北京计算科学研究中心的朱高燕研究员和彭雪教授合作，尝试了使用激光、透镜和镜子等光学设备为量子电池充电的方法，但他们实现它的方式需要量子效应，其中事件不像日常事物那样有因果关系。早期的量子电池充电方法涉及一系列一个接一个的充电阶段。然而，在这里，该团队使用了一种新的量子效应，他们称之为无限因果顺序或ICO。在经典领域，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，那么 B 导致 A 的可能性被排除在外。然而，在量子尺度上，ICO允许因果关系的两个方向都存在于所谓的量子叠加中，其中两者可以同时为真。

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。图片来源：©2023 Chen et al.

量子电池研究的意义

“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，我们发现了一种与你所期望的相反的相互作用的惊人效果：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。

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。