萬法皆空因果不空？！量子充電技術將打破「因果循環」
在我們的日常經驗中，因果關係是不可逆的，例如杯子掉落導致碎裂，但在量子世界中，這些規則可能不適用。科學家最近展示了如何利用量子世界的奇異性為「量子電池」充電。
量子電池的工作原理是通過儲存在原子和分子的量子態中的能量。但當「量子」這個詞進入討論時…..沒錯，你恐怕已經猜到，接下來會發生一些奇怪的事情。最新的研究發現，量子電池可能通過違反我們所知的因果關係來工作。
研究作者、東京大學的陳袁博教授（Yuanbo Chen）表示，傳統的電池使用化學物質如鋰來儲存能量，而量子電池則使用像原子陣列這樣的微觀粒子。「由於微觀粒子是量子性質的，我們有機會探索使用它們的方式，這可能會彎曲甚至打破我們對小尺度事件的直觀認知。我特別感興趣的是量子粒子如何違反我們最基本的經驗之一，即時間。」
在經典物理學中，因果關係明確地呈線性。但在量子物理學的神秘領域中，這一限制不必適用。將這種悖論納入量子電池中可以幫助提高它們的效率。
ICO量子叠加狀態 多個充電步驟一起進行
在新的研究中，東京大學的科學家進行了一項實驗室實驗，使用雷射、透鏡和鏡子作為一個大型量子電池。通常情況下，給這些電池充電需要多個依次進行的充電階段，但這裡團隊利用了一種稱為不確定因果順序（ICO）的量子效應。一旦他們將系統帶入量子叠加狀態，因果順序就可以同時以兩個方向存在，使得多個充電步驟可以一起而非依次工作。
量子電池被發現具有一種逆向互動效應，即用較弱的能源來充電可以提高效率。陳袁博說：「通過ICO，我們展示了由量子粒子所組成的電池充電方式，可極大地影響其性能。系統儲存的能量和熱效率方面都看到了巨大的提升。而且有些違反以往科學專家的直覺的是，使用相同裝置的低功率充電器，卻能夠提供更高的能量和更高的效率。」
第一、建立量子狀態：利用馬赫-曾德爾干涉儀的結構來實現量子狀態，這是實現不確定因果順序充電過程的關鍵。
第二、進行測量：使用組合的光學元件（包括半波片、四分之一波片和偏振光束分裂器）來進行測量。其他元件：包括光束分裂器、波片、光束位移器、偏振光束分裂器、β-硼酸鋇晶體、干涉濾鏡和雪崩光電二極管等，這些都是用於控制和檢測光子的重要工具。（圖／《物理評論快報》）
目前，量子電池只存在於實驗室中，但科學家們正在慢慢測試它們的不同方面，最終目標是弄清楚如何將各個部分組合成一個運作完整的整體。
這項研究發表在最新一期的《物理評論快報》雜誌上。
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圖片來源：《物理評論快報》 cc By4.0
參考文章：
1.Charging Quantum Batteries via Indefinite Causal Order: Theory and ExperimentPHYSICAL REVIEW LETTERS
延伸閱讀：1.倫敦大學科學家提出新理論，力求統一愛因斯坦重力與量子力學
