量子電池如何充電?打破因果關係帶來新革命

2023-12-25 10:30:00    編輯: Daisy Chuang
導讀 「杯子落地摔碎,因此在掉落前不會裂」,這種現實的因果關係,在量子世界可能不一定通用,日本科學家現在透過「無限因果順序( indefinite causal order ,ICO)」的量子效應,為量子...


「杯子落地摔碎,因此在掉落前不會裂」,這種現實的因果關係,在量子世界可能不一定通用,日本科學家現在透過「無限因果順序( indefinite causal order ,ICO)」的量子效應,為量子電池充電。

量子力學是描述微觀物質(原子、次原子粒子)行為的物理學理論,研究作者之一 Yuanbo Chen 表示,目前常見的鋰離子電池,是用鋰等化學物質來儲存電荷,量子電池則使用原子陣列等微觀粒子。量子電池也可以說是由悖論提供動力,其工作原理是在原子和分子的量子態中儲存能量。

東京大學研究發現,量子電池能透過違反因果關係來運作。團隊指出,玻璃杯掉落(事件 A)會導致杯子破碎(事件 B),我們無法顛倒這倆事件的因果關係,但在量子物理學的幽靈領域(spooky realm),這並不適用,且可以將這一悖論融入量子電池中,提高電池效率。

東京大學科學家使用雷射、透鏡和鏡子為大型量子電池進行實驗室實驗。為這些電池充電通常需要多個充電步驟,但團隊利用無限因果順序量子效應(ICO)。將系統帶入量子疊加態,因果順序可以同時存在於兩個方向,允許多個充電步驟同時一起工作,而不是一一照順序。

Chen 表示,藉由 ICO 效應,我們證明量子粒子電池充電的方式,會大大地影響性能,團隊發現系統中儲存的能量和熱效率都顯著增加。且有點違背直覺的是,我們發現,與其使用相對較高功率充電器,較低功率充電器可以提供更高的能量和效率。

就如同大眾對量子電腦的期待,團隊相信量子電池有一天可能會成為現實。但目前進展只到實驗室階段,科學家還在慢慢測試量子電池的不同面向,最終目標是弄清楚如何將各個部分組合成一個可以運作的設備。

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