时间弯曲量子电池可能超越化学版本的储能

为什么要让诸如因果律之类的小问题妨碍电池充电呢？

能源存储，包括快速高效的充电，是我们这个时代面临的巨大挑战之一。

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利用量子现象的电池似乎嘲笑了我们对物理定律的传统理解，可以用来存储能量。尽管这些电池仅在实验室中小规模生产，但有一天它们可能会比传统电池更具优势，至少在某些领域成为首选。

从微型医疗设备到可变能源的电网备份，能源存储是我们这个时代面临的巨大挑战之一。快速高效的充电是其中的一部分。尽管量子效应根据定义是在非常小的规模上发生的，但东京大学研究生陈远波（Yuanbo Chen）所在的团队希望他们能够在这个问题的各个方面产生重大影响。

陈在一份声明中表示：“当前用于智能手机或传感器等低功耗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。” “虽然化学电池受经典物理定律支配，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，这些方法会改变甚至打破我们对小尺度下发生的事情的直觉观念。我对量子粒子如何违反我们最基本的经验之一——时间——特别感兴趣。 ”

在经典物理学中，因果关系只能以一种方式发挥作用——原因先于结果。即使是经常拒绝受看似牢不可破的物理定律约束的量子物理学，通常也似乎遵守这一定律。也就是说，为了有可能导致 B，A 需要先于它。

然而，陈所在的团队已经证明事情不必如此。他们已经证明，可以创建一种状态的叠加，其中 A 出现在 B 之前，因此可能会导致该状态，并且 B 出现在 A 之前。这是不定因果顺序 (ICO) 的一个示例。

这意味着量子电池不是先由一个充电设备充电，然后由另一个充电设备充电，而是可以通过两者的叠加进行充电。此外，当这样做时，通常需要相互权衡的结果会共同改善。 “我们的结果表明，充电量和热效率可以同时提高，”陈和同事写道。

“通过 ICO，我们证明了对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，”陈说。 “我们看到系统中存储的能量和热效率都取得了巨大的进步。有点违反直觉的是，我们发现了与您可能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较高功率充电器相比，较低功率充电器可以提供更高的能量和更高的效率。 ”

为此，该团队使用了量子开关，他们写道：“可以将其视为接受两个通道作为输入的设备，并根据顺序量子位的状态，输出不同因果顺序的通道叠加。 ”

我们的大量存储设备需要便携，而团队创建的 ICO 系统当然不是，它依靠分束镜和透镜反射的激光来产生量子效应。这不是你可以或不想放进口袋里的东西。然而，如果说我们的社会近几十年来有什么擅长的话，那就是小型化，该团队希望他们的工作也能如此。 

该团队认为，更好的存储并不是 ICO 有益于能源革命的唯一方式。太阳能电池板在升温时效率会降低，这对于需要在阳光直射下的技术来说存在明显的问题。大多数解决方案涉及将太阳能电池放置在散热器（例如冷水）上方，但该团队认为他们可以使用 ICO 来解决该问题。科学家们已经开始研究使用 ICO 的量子冰箱。

该研究发表在《物理评论快报》上。