兰州大学在量子电池合作研究方面取得重要进展

图/兰州大学

来自兰州大学的消息显示，近日，兰州大学与湖北大学和中科院精密测量院合作提出抗老化的远距充电量子电池，相关研究成果以题为“Remote charging and degradation suppression for quantum battery”发表在《物理评论快报》（《Physical Review Letters》）上。

人们对能源日益增长的需求与环境问题的日益关注激发了对变革性储供能装置研究的兴趣，人们期待通过微观系统特有的量子特性与自下而上的制造工艺，形成具有更小尺寸、更强的充电功率、更高的充电容量和更大的可提取功的新原理储供能装置——量子电池。量子电池已成为以“调控量子态，实现新功能，发展新技术”为主旨的量子科技的主要应用之一。不同于传统电池的电化学反应，量子电池通过微观系统的量子能级存储能量，是一种绿色无污染的可持续使用的储供能装置，有望成为替代当今广泛使用的电池的下一代技术。虽然近年来量子电池取得快速发展，但是它的实现与应用仍然面临两大挑战：一是环境诱导量子电池的退相干使其存储的能量自发耗散，这被称作量子电池的老化；二是量子电池普遍采用电池与充电器间的相干耦合来充电，但该充电方案敏感地受制于不可避免发生的退相干与电池-充电器间距的增大而面临失效。

为了同时克服这两大挑战，该工作提出了一种新型的量子电池方案。在该方案中，两个二能级原子分别作为充电器和量子电池，被放置在一个矩形中空金属波导中。充电器和量子电池的间距远大于能实现偶极-偶极相干耦合的有效距离。研究发现：利用波导中的真空电磁场这一共同环境诱导的非马尔科夫退相干动力学，可实现充电器与电池间免受老化影响的持续能量交换。该过程实现了量子电池非接触式的远距“类无线”充电，也证实了退相干在建立电池-充电器间相干互联中的建设性作用，有效地解决量子电池的能量耗散问题和距离限制问题。该工作为进一步推动量子电池的物理实现具有重要理论指导意义。