利用叠加轨迹快速充能量子电池

我们提出基于轨迹量子叠加的量子电池新型充能协议。具体而言，我们考虑一个量子比特（电池）与多个腔体或位于不同位置的单个腔体相互作用，其中腔体充当充能器。进一步，我们引入制备于量子叠加态的量子控制，使电池可同时被多个腔体或具有不同进入位置的单个腔体充能。为评估电池性能，我们考量称为做功能力（ergotropy）的最大可提取功。我们的主要结果是所提协议可利用量子干涉效应加速充能过程。对于涉及多个腔体的协议，我们观察到随着叠加轨迹数增加，做功能力显著提升。在单腔体协议情形下，我们表明两条叠加轨迹（进入位置）足以在整个充能过程中达到做功能力的上限。此外，我们为这些充能协议提出电路模型，并在 IBMQ 与 IonQ 量子处理器上进行了原理验证演示。结果验证了我们的理论预测，显示出做功能力的明显增强。