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近日，由北京市计算科学研究中心和东京大学组成的科研团队在量子电池充电领域取得了重大突破。他们在一项名为“通过不定因果顺序给量子电池充电：理论与实验”的研究中，挑战了标准量子理论中事件因果顺序的确定性原则，并成功开发出一种基于非单位动力学的充电协议。
这项研究的历史背景源于量子物理学与广义相对论的融合探索。尽管目前尚未有完整的量子重力理论，但科学家们推测，量子重力可能会对因果结构的概念进行修改。在这一背景下，研究人员开始研究不定因果顺序（ICO）的可能性，即事件的因果顺序可以处于叠加状态。
三种场景的插图。(a)DCO场景，其中两个充电器顺序排列。(b)通过纠缠两个因果顺序的QS实现ICO充电，通过将顺序系统准备在叠加态，使得量子电池上的操作的因果顺序处于量子叠加状态。(c)NUCC协议基于连贯控制电池所经过的路径。
为了解决如何在不定因果顺序下给量子电池充电的问题，研究团队采用了一种创新的方法——利用光子量子开关进行实验。他们设计了一种非单位动力学充电协议，并在实验中进行了验证。实验结果显示，通过这种新型充电方式，不仅能够增加电池的能量充电量，而且还能提高热效率。令人惊讶的是，实验还揭示了一个反直觉的现象：相对较弱的充电器反而能保证电池在更高效率下充满更多的能量。
实验装置，说明通过I型自发参数下转换(SPDC)过程产生的单光子。Mach-Zehnder干涉仪结构实现了QS，从而实现了ICO充电过程。投影测量是通过QWP-HWP-PBS的组合进行的。分束器(BS)、半波片(HWP)、四分之一波片(QWP)、分束器(BD)、偏振分束器(PBS)、β-硼酸钡（BBO）、干涉滤光片（IF）、雪崩光电二极管（APD）。
固定耦合强度协议的性能
(a)总体比率与初始电池状态参数的关系。
(b)热效率热效率η相对p。实验结果和理论预测分别用点和曲线表示。
目前，该研究成果正处于实验验证阶段，虽然还有一些待解决的问题，如如何进一步优化充电协议和提升电池的稳定性等，但其初步结果已经对行业产生了深远影响。与传统的量子电池充电协议相比，不定因果顺序协议展现出了优越的性能，甚至引发了异常的逆相互作用效应。
展望未来，这项研究成果有望在多个领域得到广泛应用。例如，在量子通信、量子计算、计量学、热力学和其他量子信息任务中，利用不定因果顺序可能带来全新的优势和可能性。此外，该研究成果也可能推动量子电池技术的发展，为未来的能源存储设备提供新的解决方案。
总的来说，这项科研成果的应用潜力巨大。高效的量子电池充电技术不仅可以提升能源利用效率，减少能源浪费，还有助于推动清洁能源技术的进步，对实现可持续发展目标具有重要价值。
参考资料
ChargingQuantumBatteriesviaIndefiniteCausalOrder:TheoryandExperiment
GaoyanZhu,YuanboChen,YoshihikoHasegawa,andPengXue
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