量子電池是一種可以利用量子效應的儲能設備。日本東京大學最新研究發現，它可以繞過傳統因果關系規則提升充電效率。

該研究的作者之一Yuanbo Chen說：“目前用于智能手機或傳感器等低功耗設備的電池，通常使用鋰等化學物質來儲存電荷，而量子電池使用原子陣列等微觀粒子。”

“雖然化學電池受經典物理定律的支配，但微觀粒子本質上是量子的，所以我們有機會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驗之一，即時間。”他補充說。

在現實世界，因果關系是最基本的規則，例如一個杯子掉落在地它才會碎，而在它掉下去之前它是不會碎的。但在量子世界里，需要強調的是，原因并不總是先于結果出現。

研究人員解釋說，在經典世界中，因果關系只有一個方向：如果事件A導致了事件B，那么很顯然事件B不會導致事件A。但在量子尺度上，不可能判斷這種因果關系的走向，這種量子現象被稱為不定因果序。

在這種狀態下，因果關系的兩個方向身處一種特殊的量子疊加態，其中兩者可以同時成立，也可以同時不成立。這就是所謂的無限因果順序或ICO。

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


具體而言，東京大學的科學家使用激光、透鏡和鏡子作為大型量子電池、利用兩個為量子電池供電的充電器進行了一項實驗室實驗。他們計算了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：充電器按順序為電池充電、同時為電池充電，以及由于前兩種情況疊加在一起，無法判斷哪個充電器在工作。


實驗結果顯示，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，更強大的充電器會導致電池的電量更強。然而，ICO的發現為這種關系帶來了顯著的逆轉。現在，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極大地影響其性能，”Chen說：“我們看到系統中存儲的能量和熱效率都得到了巨大的提升。有點違反直覺的是，我們發現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。

據悉，該團隊探索的ICO現象可能會發現新一代低功耗設備充電以外的用途。基本原理，包括這里揭示的逆相互作用效應，可以提高涉及熱力學或涉及熱傳遞過程的其他任務的性能。

一個極有希望的例子是太陽能電池板，其中熱效應會降低其效率，但ICO可以用來緩解這些影響并導致效率的提高。