近日，中國科學(xué)院精密測量科學(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，關(guān)于量子電池的研究是頗受關(guān)注的量子科技問題之一，同時日益增長的能源需求也不斷激發(fā)人們對變革性儲供能裝置研究的興趣。人們期待通過量子系統(tǒng)的特性以及在微觀尺度上重構(gòu)熱力學(xué)及動力學(xué)規(guī)律，結(jié)合在量子比特層面上的精確探測與操縱的實(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供能裝置——量子電池。雖然近年來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)：量子電池的老化問題，這是由于環(huán)境誘導(dǎo)量子電池的退相干使其存儲的能量自發(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二能級原子被放置在一個矩形中空金屬波導(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)中的真空電磁場這一共同環(huán)境誘導(dǎo)的非馬爾科夫退相干動力學(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。該過程實(shí)現(xiàn)了量子電池非接觸式的遠(yuǎn)距“類無線”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題和距離限制問題。該工作對進(jìn)一步推動量子電池的物理實(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《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。