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量子电池的充电过程可以打破我们对时间的理解
因果关系是我们体验现实的关键：例如，摔碎一个玻璃杯会导致它粉碎，因此它不可能在摔碎之前就粉碎。但在量子世界中，这些规则并不一定适用，科学家们现在已经证明了如何利用这种怪异性为量子电池充电。
从某种意义上可以说，量子电池是由悖论驱动的。从纸面上看，它们的工作原理是将能量储存在原子和分子的量子态中--当然，只要一提到"量子"这个词，你就知道会有怪事发生。在这种情况下，一项新的研究发现，量子电池可以通过违反我们所知的因果关系来工作。
该研究的作者陈远波表示："目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。化学电池受经典物理定律的支配，而微观粒子则是量子性质的，因此我们有机会探索使用它们的方法，从而弯曲甚至打破我们对小尺度发生的事情的直观概念。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，也就是我们在大尺度世界中体验到的那种物理学中，因果关系显然是线性的。回到之前的比喻，掉落一个玻璃杯（事件 A）会导致玻璃杯粉碎（事件 B），但你无法逆转这两个事件之间的关系。玻璃杯没有掉落是因为它被砸碎了。但在量子物理学的幽灵领域，这一限制并不适用。将这一悖论融入量子电池中，有助于提高它们的效率。
在这项新研究中，东京大学的科学家们利用激光器、透镜和反射镜进行了一项实验室实验，将其作为一个大型量子电池。为这些电池充电通常需要多个充电阶段，一个接一个地工作，但在这里，研究小组利用了一种称为不定因果顺序（ICO）的量子效应。基本上，一旦他们将系统带入量子叠加，因果顺序就可以同时在两个方向上存在，从而使多个充电步骤同时而不是按顺序工作。
量子电池被发现具有反向相互作用效应，即较弱的电源能够更好地为电池充电，从而提高其效率 2023 Chen et al. CC-BY-ND 4.0
"通过 ICO，我们证明了量子粒子组成的电池的充电方式会极大地影响其性能，"Chen 说。"我们发现系统中存储的能量和热效率都有了巨大的提高。而且有点反直觉的是，我们发现了一种与预期相反的相互作用所产生的惊人效果： 与使用相同设备的高功率充电器相比，低功率充电器可以提供更高的能量，同时效率更高。"
大多数人可能很难理解，但量子电池有朝一日可能会成为现实。目前，它们仅作为实验室实验存在，但科学家们正在慢慢测试它们的不同方面，最终目标是弄清如何将各个部分整合成一个可工作的整体。
这项研究发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上。
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快照生成时间：2024-01-03 13:45:02
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