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量子電池是一種可以利用量子效應(yīng)的儲(chǔ)能設(shè)備。日本東京大學(xué)最新研究發(fā)現(xiàn)，它可以繞過傳統(tǒng)因果關(guān)系規(guī)則提升充電效率。

該研究的作者之一Yuanbo Chen說：“目前用于智能手機(jī)或傳感器等低功耗設(shè)備的電池，通常使用鋰等化學(xué)物質(zhì)來儲(chǔ)存電荷，而量子電池使用原子陣列等微觀粒子?！?/p>

“雖然化學(xué)電池受經(jīng)典物理定律的支配，但微觀粒子本質(zhì)上是量子的，所以我們有機(jī)會(huì)探索使用它們的方法，這些方法可以改變甚至打破我們對小尺度上發(fā)生事情的直覺概念。我特別感興趣的是量子粒子如何違背我們最基本的經(jīng)驗(yàn)之一，即時(shí)間?！彼a(bǔ)充說。

在現(xiàn)實(shí)世界，因果關(guān)系是最基本的規(guī)則，例如一個(gè)杯子掉落在地它才會(huì)碎，而在它掉下去之前它是不會(huì)碎的。但在量子世界里，需要強(qiáng)調(diào)的是，原因并不總是先于結(jié)果出現(xiàn)。

研究人員解釋說，在經(jīng)典世界中，因果關(guān)系只有一個(gè)方向：如果事件A導(dǎo)致了事件B，那么很顯然事件B不會(huì)導(dǎo)致事件A。但在量子尺度上，不可能判斷這種因果關(guān)系的走向，這種量子現(xiàn)象被稱為不定因果序。

在這種狀態(tài)下，因果關(guān)系的兩個(gè)方向身處一種特殊的量子疊加態(tài)，其中兩者可以同時(shí)成立，也可以同時(shí)不成立。這就是所謂的無限因果順序或ICO。

在最新研究中，科學(xué)家們將這種悖論融入到量子電池中，發(fā)現(xiàn)可以幫助它們提高效率。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《物理評論快報(bào)》雜志上。

具體而言，東京大學(xué)的科學(xué)家使用激光、透鏡和鏡子作為大型量子電池、利用兩個(gè)為量子電池供電的充電器進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。他們計(jì)算了3種情況下電池將獲得多少能量以及充電效率。

這3種情況分別為：充電器按順序?yàn)殡姵爻潆?、同時(shí)為電池充電，以及由于前兩種情況疊加在一起，無法判斷哪個(gè)充電器在工作。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，即使在充電器和電池之間的連接相對較弱的情況下，最后一種方法也能以最有效的方式為電池提供最大的能量。這意味著即使是次優(yōu)充電器，充電過程也能很好地工作。

簡單地說，普遍的直覺表明，更強(qiáng)大的充電器會(huì)導(dǎo)致電池的電量更強(qiáng)。然而，ICO的發(fā)現(xiàn)為這種關(guān)系帶來了顯著的逆轉(zhuǎn)?，F(xiàn)在，可以用更少的電量為能量更大的電池充電。

“通過ICO，我們證明了由量子粒子組成的電池充電的方式可能會(huì)極大地影響其性能，”Chen說：“我們看到系統(tǒng)中存儲(chǔ)的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點(diǎn)違反直覺的是，我們發(fā)現(xiàn)了一種相互作用的驚人效果，這與你可能期望的相反：與使用相同設(shè)備的相對高功率充電器相比，低功率充電器可以提供更高的能量和更高的效率。

據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)探索的ICO現(xiàn)象可能會(huì)發(fā)現(xiàn)新一代低功耗設(shè)備充電以外的用途。基本原理，包括這里揭示的逆相互作用效應(yīng)，可以提高涉及熱力學(xué)或涉及熱傳遞過程的其他任務(wù)的性能。

一個(gè)極有希望的例子是太陽能電池板，其中熱效應(yīng)會(huì)降低其效率，但I(xiàn)CO可以用來緩解這些影響并導(dǎo)致效率的提高。