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內置於量子計算機中的快速充電量子電池

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量子電池已集成到量子計算機中,這是確定此類電池是否可以在為未來量子技術提供動力方面發揮作用的第一步。

傳統電池之所以能儲存能量,是因為其組件會發生電化學反應,而量子電池則基於量子位,量子位會發生量子態的變化。一些研究表明,量子技術的這種使用可以帶來更快的充電速度,但量子電池的實用性和有用性仍然是一個懸而未決的問題。

“許多未來的量子技術將需要量子版本的電池,”中國合肥國家實驗室的 Diane Tang 說。 “儘管量子計算、通信和傳感的發展已經取得了重大進展,但這些量子系統中存儲能量的機制尚未完全了解。”

Tan 和他的同事使用由微型超導電路組成的 12 個量子位構建了電池,每個量子位都可以使用微波進行控制。每個量子位都扮演電池的角色,並與其最近的鄰居相互作用。

研究人員可以控制這些相互作用,因此他們嘗試了兩種不同的充電協議。其中一個協議模擬了傳統或經典電池的充電過程,因此沒有使用這些量子相互作用,而另一個協議則使用了。研究小組發現,使用量子位之間的量子相互作用可以使電池平均更快地獲得更高的功率。

西班牙國家研究委員會的團隊成員艾倫·桑托斯表示:“量子電池的最大功率幾乎是傳統充電的兩倍。”他說,重要的是每個量子位只與最近的鄰居相互作用,因為這是超導量子計算機的標準,設計更多這些有用的相互作用實際上是很困難的。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織的詹姆斯·誇奇(James Quach)表示,到目前為止,量子電池充電實驗已經使用分子,而不是現有量子設備的組件。誇奇和他的同事此前曾表示,由量子電池供電的量子計算機可能會更高效、更容易擴展,從而使它們更強大。 “這是我們最近提出的一個理論想法,但這項新工作確實可以用作未來量子計算機的基礎,”他說。

然而,捷克共和國查爾斯大學的多米尼克·薩弗拉內克 (Dominik Safranek) 表示,對傳統電池和量子電池進行精確比較很困難。他說,目前還沒有明顯的方法可以將量子電池的測量優勢轉化為獨特有用的設備。

新加坡科技設計大學的卡萬·莫迪(Kavan Mody)表示,對於僅與最近鄰居相互作用的量子位,他的團隊的數學工作表明,充電帶來的好處可能不大,而這種好處很容易被現實世界量子計算機的其他特性所抵消,例如噪音或緩慢的量子位控制。

莫迪說,與此同時,量子計算機的能量消耗可能比傳統計算機高得多,因此如果我們想建造非常大的量子計算機,研究能量如何在量子計算機內部移動可能是必要的。

譚說,他認為量子計算機等量子技術的能量存儲是他團隊量子電池的理想用例。研究人員現在希望將他們的電池與基於量子位的量子熱引擎結合起來,該引擎將產生能量,然後將其存儲在電池中,所有這些都在量子計算機內進行。

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