意大利研究人員利用SKY模型揭示了量子電池的充電協(xié)議

Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型是由Subir-Sachdev和Jinwu-Ye設(shè)計的一個精確可解模型，最近被證明對理解不同類型物質(zhì)的特性是有用的。由于它描述的是沒有準(zhǔn)粒子的量子物質(zhì)，同時也是量子黑洞的全息版本，因此迄今為止，它已被凝聚態(tài)物質(zhì)和高能物理學(xué)家所采用。

比薩大學(xué)和意大利理工學(xué)院（IIT）的研究人員最近利用SYK模型研究了量子電池的充電協(xié)議。他們的論文發(fā)表在《物理評論快報》（PhysicalReviewLetters）上，為量子力學(xué)資源促進(jìn)電池充電過程的潛力提供了證據(jù)。

進(jìn)行這項研究的兩位研究人員DavideRossini和GianMarcelloAndolina告訴記者：“以前的理論研究表明，糾纏可以大大加快量子電池的充電過程。然而，到目前為止，還沒有一個顯示如此快速充電的具體固態(tài)模型?！?/p>

Rossini，Andolina和他們的同事意識到SYK模型是研究量子電池快速充電過程的一個很好的候選者，因為它可以產(chǎn)生高度糾纏的動力學(xué)。該模型的多體實時動力學(xué)最終足夠復(fù)雜，足以超越標(biāo)準(zhǔn)分析方法。

“為了我們的目的，我們發(fā)現(xiàn)采用一種基于巨型矩陣精確對角化的數(shù)值處理方法是很方便的?！盧ossini和Andolina解釋道。他們在高性能計算集群上進(jìn)行了廣泛的數(shù)值模擬，需要高達(dá)100Gb的內(nèi)存和大約兩周的計算時間。

研究人員使用的這個模型是第一個清楚地描述量子電池在充電速度上的量子優(yōu)勢的模型。盡管這個模型在實驗室環(huán)境中使用起來特別困難，但是Rossini，Andolina和他們的同事最近的工作是朝著收集這種量子優(yōu)勢的實驗證據(jù)邁出的第一步，也是重要的一步。

羅西尼和安多莉娜說：“電池是一種相當(dāng)復(fù)雜的機(jī)器，人們想快速充電，它應(yīng)該能長期儲存能量，最終提供有用的工作。雖然我們證明了量子力學(xué)資源可以促進(jìn)充電過程，但目前還不清楚它們是否可以用于改進(jìn)這種假設(shè)量子電池的其他任務(wù)，因此量子電池的研究仍處于起步階段?！?/p>

Rossini，Andolina和他們的同事最近進(jìn)行的研究提供了強(qiáng)有力的數(shù)值證據(jù)，暗示了在電池中應(yīng)用量子力學(xué)的優(yōu)勢，這是由潛在的高度糾纏的量子動力學(xué)實現(xiàn)的。在未來，它可以為開發(fā)更多能更快充電的電池鋪平道路。

羅西尼說：“對我們的工作來說，一個有趣的可能的補(bǔ)充就是將同樣的概念應(yīng)用到熱機(jī)上。自18世紀(jì)以來，人們就知道熱機(jī)的效率不能超過一個被稱為卡諾界限的普遍值。因此，量子力學(xué)資源顯然不能用來提高效率。然而，關(guān)于功率不存在普遍的限制，我們計劃研究基于SYK的熱機(jī)來進(jìn)一步研究這個問題。”