新聞科研進展
近日，精密測量院量子可積課題組博士研究生史海龍、萬青昆與西北大學教授楊文力、王曉輝等合作在量子電池理論研究方面取得新進展，首次證明了量子相干或量子糾纏在量子電池產生可提取功的過程中是必不可少的量子資源。相關研究成果2022年9月23日發表在物理學領域頂級期刊《Physical Review Letters》上。
現代實驗技術已經能夠實現在量子比特層面上探測和操縱物理系統，這要求科研人員在微觀尺度上考慮量子特性來重構熱力學及動力學規律。近30年來，量子信息理論學家針對量子糾纏、量子相干以及其它量子關聯建立起了相應的量子資源理論。盡管這些量子資源理論深化了人類對于糾纏和相干的理解，但是在有限時間非平衡熱力學過程中不同量子關聯之間往往會出現非常復雜的耦合，從而使得理解量子多體非平衡動力學極其困難。關于量子電池的研究是近些年來頗受關注的重要量子科技問題，其中的關鍵問題之一就是研究量子關聯對于可提取功的影響。在量子電池充電動力學過程中存在的不同類型的可提取功又會為理論分析帶來進一步的困難，如何理解糾纏和相干對于量子電池可提取功的影響是一個重要的難題。
近些年來，精密測量院研究員管習文帶領學生史海龍、萬青昆深入研究，在量子度量學方面取得一系列研究成果。近日，他們與西北大學合作者首次證明了量子相干或量子糾纏在量子電池產生可提取功的過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，證明了當量子電池充電動力學結束時，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生，這些結論與模型無關。研究團隊進一步通過中心自旋量子電池、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確的聯系，參見圖一。研究結果為后續實驗和理論研究提供了重要指導。
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）為題發表在物理學領域頂級期刊《Physical Review Letters》上。史海龍為文章第一作者，導師為精密測量院研究員管習文。
該研究獲得國家自然科學基金項目支持。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.129.130602