近日，兰州大学与湖北大学和中科院精密测量院合作提出抗老化的远距充电量子电池，相关研究成果以题为“Remote charging and degradation suppression for quantum battery”发表在物理学顶级期刊《Physical Review Letters》上。

人们对能源日益增长的需求与环境问题的日益关注激发了对变革性储供能装置研究的兴趣，人们期待通过微观系统特有的量子特性与自下而上的制造工艺，形成具有更小尺寸、更强的充电功率、更高的充电容量和更大的可提取功的新原理储供能装置——量子电池。量子电池已成为以“调控量子态，实现新功能，发展新技术“为主旨的量子科技的主要应用之一。不同于传统电池的电化学反应，量子电池通过微观系统的量子能级存储能量，是一种绿色无污染的可持续使用的储供能装置，有望成为替代当今广泛使用的电池的下一代技术。虽然近年来量子电池取得快速发展，但是它的实现与应用仍然面临两大挑战：一是环境诱导量子电池的退相干使其存储的能量自发耗散，这被称作量子电池的老化；二是量子电池普遍采用电池与充电器间的相干耦合来充电，但该充电方案敏感地受制于不可避免发生的退相干与电池-充电器间距的增大而面临失效。

为了同时克服这两大挑战，该工作提出了一种新型的量子电池方案。在该方案中，两个二能级原子分别作为充电器和量子电池，被放置在一个矩形中空金属波导中。充电器和量子电池的间距远大于能实现偶极-偶极相干耦合的有效距离。研究发现：利用波导中的真空电磁场这一共同环境诱导的非马尔科夫退相干动力学，可实现充电器与电池间免受老化影响的持续能量交换。该过程实现了量子电池非接触式的远距“类无线”充电，也证实了退相干在建立电池-充电器间相干互联中的建设性作用，有效地解决量子电池的能量耗散问题和距离限制问题。该工作为进一步推动量子电池的物理实现具有重要理论指导意义。

该工作是该团队继2021年利用波导制备作为量子精密测量重要资源的自旋压缩后的又一重要结果[2]。

它受到了国际科技媒体的广泛报道。

《Nature》刊文对该工作进行了题为“A better way to charge a quantum battery”的“亮点研究”报道[3]。

国际科技新闻门户网站Phys.org进行了题为“Scientists propose new scheme for the quantum battery using waveguides”的报道[4]。

英国科技新闻杂志《New Scientist》进行了题为“Quantum batteries that charge wirelessly might never lose efficiency”的报道[5][6]。

美国知名技术和创新媒体以题为“Chinese researchers develop first wireless quantum battery that never runs out”的报道[7]。

湖北大学宋婉露副教授为文章第一作者，湖北大学周斌教授、中科院精密测量院杨万里研究员和兰州大学安钧鸿教授为联合通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金项目、湖北省创新团体项目、湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目和湖北省杰青项目的支持。

参考信息：

[1]     Wan-Lu Song, Hai-Bin Liu, Bin Zhou, Wan-Li Yang, and Jun-Hong An, Remote charging and degradation suppression for quantum battery, Phys. Rev. Lett. 132, 090401 (2024).

[2]     Si-Yuan Bai and Jun-Hong An, Generating stable spin squeezing by squeezed-reservoir engineering, Phys. Rev. Lett. 127, 083602 (2021).

[3]     A better way to charge a quantum battery, Nature Research Highlight (08 March 2024), https://doi.org/10.1038/d41586-024-00652-1.

[4]     Scientists propose new scheme for the quantum battery using waveguides, https://phys.org/news/2024-03-scientists-scheme-quantum-battery-waveguides.html.

[5]     Quantum batteries that charge wirelessly might never lose efficiency, https://www.newscientist.com/article/2390776-quantum-batteries-that-charge-wirelessly-might-never-lose-efficiency/.

[6]     K. Padavic-Callaghan, Quantum batteries could perform better if charged wirelessly, New Scientist Issue 3456, 17 (2023).

[7]     报道链接：https://www.gearrice.com/update/chinese-researchers-develop-first-wireless-quantum-battery-that-never-runs-out/.