量子电池容量与功率的界限

由量子单元组成的量子电池有望超越其经典对应物。此类优势的根源在于量子关联的作用，这些关联可能在电池的充电与放电过程中产生。在这项理论工作中，我们结合此类关联，对量子电池的相关量即容量与功率引入系统性刻画。对于这些量，我们推导了由具有固定哈密顿量的非相互作用量子单元集合构成的电池的上界。容量，即可存储或可提取能量的界限，借助能量-熵图导出，只要充电与放电过程保持熵不变，该界限即被遵守。在研究功率时，我们考虑了电池态在电池哈密顿量能量本征空间中演化的几何方法。随后，对于任意充电过程，依据 Fisher 信息与电池的能量方差导出了功率的上界。前者量化演化速度，后者编码电池态的非局域特性。事实上，由于能量方差受由量子比特构成的电池的多体纠缠性质所限，我们建立了由量子纠缠施加的功率基本界限。我们还讨论了在存储能量与功率上均达到界限的电池范式模型。若干基于可积自旋链、Lipkin-Meshkov-Glick 与 Dicke 模型的实验可实现量子电池，也依据这些新引入的界限进行了研究。