图片来源：Ahmadi et al.

在物理学中，当系统的响应根据波或信号在其内传播的方向而变化时，就会发生不互易性。这种不对称性源于所谓的时间反转对称性的中断，这本质上意味着系统随时间演化观察到的过程与倒带观察到的过程不同。

例如，在开发新的量子技术时，通常利用非互易性来实现信号在特定方向上的流动并抑制噪声。然而，到目前为止，它很少被应用于量子储能解决方案的开发。

波兰格但斯克大学和加拿大卡尔加里大学的研究人员最近探索了使用非互易性来优化量子电池充电动力学的可能性。他们的论文发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，介绍了新的非互易量子电池，这些电池在能量容量和效率方面都表现出色。

“我们最近的论文源于我们对非互惠性及其在量子技术中的应用的持续探索，”该论文的合著者助理教授Shabir Barzanjeh告诉 Phys.org。

“基本思想的灵感来自非互易系统在定向信号流和噪声抑制方面的固有优势，这在量子信息和计算中至关重要。我们的目标是将这些优势扩展到量子电池领域，特别关注优化能量存储和充电动态。

Barzanjeh及其同事研究的主要目标是成功地利用非互易性来提高量子电池的效率和容量，从而有可能在量子技术存储能量方面带来创新。

他们设计的电池利用时间反转对称性的破坏来产生从量子充电器到电池的直接能量流，从而防止能量回流。

“这是通过储层工程实现的，其中耗散环境，如辅助波导，促进有效的能量转移，”Barzanjeh解释说。

“非互易设置通过使用类似干涉的过程来增强能量积累，该过程平衡了耗散相互作用和相干相互作用。这种方法显着增加了存储的能量，即使在过阻尼耦合状态下也是如此，并且在光子学和超导系统中使用电流量子电路很容易实现。

研究人员通过运行一系列计算来评估其非互易量子电池的性能，并获得了非常有希望的结果。事实上，他们发现，与传统的量子电池相比，他们的非互易设计使储能效率提高了四倍。

“我们的研究结果表明，非互易量子电池可以有效地克服局部耗散并保持高能量传输速率，”Barzanjeh说。“其实际意义是广泛的，可能会彻底改变量子技术中的能量存储，实现更有效的量子传感、能量捕获，甚至推进量子热力学的研究。

该研究团队最近的工作为使用非互易性来提高量子电池和其他量子系统的性能和可靠性开辟了新的令人兴奋的途径。

在他们的下一个研究中，Barzanjeh和他的同事计划继续评估非互易量子电池的潜力，同时优化他们的设计并将他们的电池集成到更大的量子系统中。

“我们现在的目标是研究非互惠性与其他量子资源（如纠缠和量子催化）之间的相互作用，以进一步提高储能能力，”Barzanjeh补充道。

“此外，我们计划在实际量子电路中实验性地实现我们的理论模型，验证我们的发现并改进该技术以用于实际应用。这包括探索具有有损耦合特征的系统的手性和拓扑特性，这可能导致量子信息处理和能量存储方面的新突破。

更多信息：B. Ahmadi 等人，非互易量子电池，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.210402.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2401.05090

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv