近日，中科院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院與湖北大學(xué)、蘭州大學(xué)合作，在量子電池理論研究方面取得進(jìn)展，提出抗老化的遠(yuǎn)距充電量子電池方案。

近年來(lái)，關(guān)于量子電池的研究是頗受關(guān)注的量子科技問(wèn)題之一，同時(shí)日益增長(zhǎng)的能源需求也不斷激發(fā)人們對(duì)變革性儲(chǔ)供能裝置研究的興趣。人們期待通過(guò)量子系統(tǒng)的特性以及在微觀尺度上重構(gòu)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)規(guī)律，結(jié)合在量子比特層面上的精確探測(cè)與操縱的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)具有更小尺寸、更強(qiáng)充電功率、更高充電容量和更大可提取功的新原理儲(chǔ)供能裝置——量子電池。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)用仍然面臨挑戰(zhàn)：量子電池的老化問(wèn)題，這是由于環(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；量子電池普遍采用電池與充電器間的相干耦合來(lái)充電，但該充電方案受制于不可避免發(fā)生的退相干與電池-充電器間距增大而面臨失效。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型量子電池方案：分別扮演充電器和量子電池角色的兩個(gè)二能級(jí)原子被放置在一個(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“類無(wú)線”充電，證實(shí)了退相干效應(yīng)在建立電池-充電器間相干互聯(lián)中的建設(shè)性作用，可解決量子電池的能量耗散問(wèn)題和距離限制問(wèn)題。該工作對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)量子電池的物理實(shí)現(xiàn)具有理論指導(dǎo)意義。

相關(guān)研究成果以Remote charging and degradation suppression for quantum battery為題，發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。