近日，精密測(cè)量院量子可積課題組博士研究生史海龍、萬(wàn)青昆與西北大學(xué)教授楊文力、王曉輝等合作在量子電池理論研究方面取得新進(jìn)展，首次證明了量子相干或量子糾纏在量子電池產(chǎn)生可提取功的過(guò)程中是必不可少的量子資源。相關(guān)研究成果2022年9月23日發(fā)表在物理學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上。

　　現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)在量子比特層面上探測(cè)和操縱物理系統(tǒng)，這要求科研人員在微觀尺度上考慮量子特性來(lái)重構(gòu)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)規(guī)律。近30年來(lái)，量子信息理論學(xué)家針對(duì)量子糾纏、量子相干以及其它量子關(guān)聯(lián)建立起了相應(yīng)的量子資源理論。盡管這些量子資源理論深化了人類(lèi)對(duì)于糾纏和相干的理解，但是在有限時(shí)間非平衡熱力學(xué)過(guò)程中不同量子關(guān)聯(lián)之間往往會(huì)出現(xiàn)非常復(fù)雜的耦合，從而使得理解量子多體非平衡動(dòng)力學(xué)極其困難。關(guān)于量子電池的研究是近些年來(lái)頗受關(guān)注的重要量子科技問(wèn)題，其中的關(guān)鍵問(wèn)題之一就是研究量子關(guān)聯(lián)對(duì)于可提取功的影響。在量子電池充電動(dòng)力學(xué)過(guò)程中存在的不同類(lèi)型的可提取功又會(huì)為理論分析帶來(lái)進(jìn)一步的困難，如何理解糾纏和相干對(duì)于量子電池可提取功的影響是一個(gè)重要的難題。

　　近些年來(lái)，精密測(cè)量院研究員管習(xí)文帶領(lǐng)學(xué)生史海龍、萬(wàn)青昆深入研究，在量子度量學(xué)方面取得一系列研究成果。近日，他們與西北大學(xué)合作者首次證明了量子相干或量子糾纏在量子電池產(chǎn)生可提取功的過(guò)程中是必不可少的量子資源，并將可提取功分為相干可提取功和非相干可提取功兩部分，證明了當(dāng)量子電池充電動(dòng)力學(xué)結(jié)束時(shí)，相干性有助于提高相干功，但是相干和糾纏又抑制了非相干功的產(chǎn)生，這些結(jié)論與模型無(wú)關(guān)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)中心自旋量子電池、Tavis-Cummings 量子電池和XXZ自旋鏈量子電池展示了量子糾纏、量子相干與電池可提取功之間的準(zhǔn)確的聯(lián)系，參見(jiàn)圖一。研究結(jié)果為后續(xù)實(shí)驗(yàn)和理論研究提供了重要指導(dǎo)。

　　中心自旋量子電池圖

　　該研究成果以“量子電池中的糾纏，相干和可提取的功”（Entanglement, coherence, and extractable work in quantum batteries）為題發(fā)表在物理學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Physical Review Letters》上。史海龍為文章第一作者，導(dǎo)師為精密測(cè)量院研究員管習(xí)文。  

　　該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持。

    論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.129.130602