近日，蘭州大學與湖北大學和中科院精密測量院合作提出抗老化的遠距充電量子電池，相關研究成果以題為“Remote charging and degradation suppression for quantum battery”發表在《物理評論快報》（《Physical Review Letters》）上。

       人們對能源日益增長的需求與環境問題的日益關注激發了對變革性儲供能裝置研究的興趣，人們期待通過微觀系統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供能裝置——量子電池。量子電池已成為以“調控量子態，實現新功能，發展新技術”為主旨的量子科技的主要應用之一。不同于傳統電池的電化學反應，量子電池通過微觀系統的量子能級存儲能量，是一種綠色無污染的可持續使用的儲供能裝置，有望成為替代當今廣泛使用的電池的下一代技術。雖然近年來量子電池取得快速發展，但是它的實現與應用仍然面臨兩大挑戰：一是環境誘導量子電池的退相干使其存儲的能量自發耗散，這被稱作量子電池的老化；二是量子電池普遍采用電池與充電器間的相干耦合來充電，但該充電方案敏感地受制于不可避免發生的退相干與電池-充電器間距的增大而面臨失效。

 

       為了同時克服這兩大挑戰，該工作提出了一種新型的量子電池方案。在該方案中，兩個二能級原子分別作為充電器和量子電池，被放置在一個矩形中空金屬波導中。充電器和量子電池的間距遠大于能實現偶極-偶極相干耦合的有效距離。研究發現：利用波導中的真空電磁場這一共同環境誘導的非馬爾科夫退相干動力學，可實現充電器與電池間免受老化影響的持續能量交換。該過程實現了量子電池非接觸式的遠距“類無線”充電，也證實了退相干在建立電池-充電器間相干互聯中的建設性作用，有效地解決量子電池的能量耗散問題和距離限制問題。該工作為進一步推動量子電池的物理實現具有重要理論指導意義。

 

       該工作是該團隊繼2021年利用波導制備作為量子精密測量重要資源的自旋壓縮后的又一重要結果，受到了國際科技媒體的廣泛報道。湖北大學宋婉露副教授為文章第一作者，湖北大學周斌教授、中科院精密測量院楊萬里研究員和蘭州大學安鈞鴻教授為聯合通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金項目、湖北省創新團體項目、湖北省高等學校優秀中青年科技創新團隊計劃項目和湖北省杰青項目的支持。

 

       文章鏈接：Phys. Rev. Lett. 132, 090401 (2024) - Remote Charging and Degradation Suppression for the Quantum Battery (aps.org)