大多数电池通过化学过程储存能量。相比之下，量子电池在量子系统的高度激发态下储存能量。研究人员提出了多种不同的方法来实现这种电池，最近的进展让人们希望它们可以帮助向更可持续的能源过渡。然而，它们面临着一些挑战，包括寻找释放能量的简单方法和保持正确的存储能量水平。
韩国基础科学研究所 (IBS) 的研究人员与意大利因苏布里亚大学的同事合作，现已证明基于微微波激射器的量子电池可以帮助克服其中一些挑战。微微波激射器由与光腔内的电磁场相互作用的原子流组成。空腔中的能量随着连续的相互作用而增加，直到稳定在一定水平，为电池充电。
在这项新工作中，IBS-Insubria 团队证明，微脉塞一旦充电，就会达到几乎稳定的状态，这意味着它们的能量水平不会随着团队模型中系统相关的时间尺度而大幅波动。这很重要，因为它可以准确计算电池的充电时间。根据本研究中使用的参数，在大约 30 次相互作用后达到稳态水平，并且能量在大约 1 万次进一步相互作用中保持稳定。
接近纯稳态
这种几乎稳定状态的另一个优点是它近似纯净，这使得可以独立于与其相互作用的原子的状态来考虑空腔的状态。这是令人惊讶的，因为在多次碰撞之后，人们可能会认为空腔的状态不会是纯净的，因此不可能在不与所有废弃原子相互作用的情况下最大限度地从电池中提取能量。然而，IBS-Insubria 团队表明，可用能量（称为电池的ergotropy）仍然很高。
微脉泽的量子动力学还可以防止电池过度充电，说 达里奥·罗莎领导这项研究的 IBS 高级研究员。 “原则上，系统的能量可以继续增加，并可能变得无限，”罗莎解释道。 “如果没有任何外部控制，微微波激射器通过其自身的动力学，不会无限期地增加其能量。”这使得电池更容易充电，并防止过多的能量对硬件造成损坏。
此外，该团队在期刊中描述的新结果 量子科学与技术, 结果表明，这些特性在微型微波激射器的制备和操作的实际条件下（即充电功率增加和系统物理特性不准确）成立，使有用电池的模型更接近实验可实现的模型。
叠加优势
关于微脉塞的积极结果得到了以下方面的支持 相关研究 由瑞士日内瓦大学的一个小组完成。由斯特凡·尼姆里希特 (Stefan Nimmrichter) 领导的该小组表明，如果原子以量子叠加的方式到达腔体，单个微微波激射器在充电功率方面比传统设备更具优势。此前，人们只知道通过使用量子纠缠组合许多量子电池，可以比经典系统提高充电功率。
量子电池可以从纠缠中获得提升
罗莎说，需要进一步的工作来更好地理解如何组合许多单独的微微波激射器并在扩大系统规模时优化性能。 “对于其他电池，我们发现随着更多电池一起充电，充电功率会提高，”他说。 “我们想知道微型微波激射器是否具有这种特性。”
为了使模型更加真实，该团队现在对空腔不完美时会发生什么感兴趣，这意味着一些能量会被耗散。如果电池在这些条件下表现良好，保留了这项工作中已经看到的特征，这将为潜在的实验合作打开大门，包括与意大利的其他物理学家或日内瓦的小组合作。
