圖/蘭州大學(xué)

來(lái)自蘭州大學(xué)的消息顯示，近日，蘭州大學(xué)與湖北大學(xué)和中科院精密測(cè)量院合作提出抗老化的遠(yuǎn)距充電量子電池，相關(guān)研究成果以題為“Remote charging and degradation suppression for quantum battery”發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（《Physical Review Letters》）上。

人們對(duì)能源日益增長(zhǎng)的需求與環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注激發(fā)了對(duì)變革性?xún)?chǔ)供能裝置研究的興趣，人們期待通過(guò)微觀系統(tǒng)特有的量子特性與自下而上的制造工藝，形成具有更小尺寸、更強(qiáng)的充電功率、更高的充電容量和更大的可提取功的新原理儲(chǔ)供能裝置——量子電池。量子電池已成為以“調(diào)控量子態(tài)，實(shí)現(xiàn)新功能，發(fā)展新技術(shù)”為主旨的量子科技的主要應(yīng)用之一。不同于傳統(tǒng)電池的電化學(xué)反應(yīng)，量子電池通過(guò)微觀系統(tǒng)的量子能級(jí)存儲(chǔ)能量，是一種綠色無(wú)污染的可持續(xù)使用的儲(chǔ)供能裝置，有望成為替代當(dāng)今廣泛使用的電池的下一代技術(shù)。雖然近年來(lái)量子電池取得快速發(fā)展，但是它的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用仍然面臨兩大挑戰(zhàn)：一是環(huán)境誘導(dǎo)量子電池的退相干使其存儲(chǔ)的能量自發(fā)耗散，這被稱(chēng)作量子電池的老化；二是量子電池普遍采用電池與充電器間的相干耦合來(lái)充電，但該充電方案敏感地受制于不可避免發(fā)生的退相干與電池-充電器間距的增大而面臨失效。

為了同時(shí)克服這兩大挑戰(zhàn)，該工作提出了一種新型的量子電池方案。在該方案中，兩個(gè)二能級(jí)原子分別作為充電器和量子電池，被放置在一個(gè)矩形中空金屬波導(dǎo)中。充電器和量子電池的間距遠(yuǎn)大于能實(shí)現(xiàn)偶極-偶極相干耦合的有效距離。研究發(fā)現(xiàn)：利用波導(dǎo)中的真空電磁場(chǎng)這一共同環(huán)境誘導(dǎo)的非馬爾科夫退相干動(dòng)力學(xué)，可實(shí)現(xiàn)充電器與電池間免受老化影響的持續(xù)能量交換。該過(guò)程實(shí)現(xiàn)了量子電池非接觸式的遠(yuǎn)距“類(lèi)無(wú)線”充電，也證實(shí)了退相干在建立電池-充電器間相干互聯(lián)中的建設(shè)性作用，有效地解決量子電池的能量耗散問(wèn)題和距離限制問(wèn)題。該工作為進(jìn)一步推動(dòng)量子電池的物理實(shí)現(xiàn)具有重要理論指導(dǎo)意義。