在当今社会，能源需求持续增长，而环境问题也日益严峻。传统电池基于电化学原理，在满足现代社会对能源的需求方面逐渐显露出一些局限性。一方面，随着电子产品不断向小型化、高性能发展，以及新能源汽车对大功率电池的需求增加，传统电池在小型化和大功率需求方面面临着挑战。另一方面，传统电池主要依靠电化学反应来存储能量，在研发先进材料和优化现有设备性能上虽能取得一定成效，但难以从根本上突破其固有原理的限制。

而量子电池正是在这样的背景下应运而生。它通过微观系统的量子能级存储能量，有望成为新一代储能器件。与传统电池不同，量子电池具有绿色、安全、无污染的特点，是一种可持续的储供能装置。其前瞻性研究预示着巨大的潜力，不仅可能推动未来能源类型的转变，还能为应对能源挑战提供新的解决方案。量子热力学作为量子科技的重要组成部分，为新的产业革命提供原始创新驱动力。在量子调控技术不断发展的 21 世纪，量子热力学的出现促使人们将热力学扩展到量子领域，有望突破经典热力学所设置的热机性能极限，从本质上提高能源使用效率。例如，利用量子相干性、压缩或纠缠等量子特性，量子热机可超越经典卡诺效率，量子电池也可超越经典电池，获得更快充电速度、更高电容和更大可提取功。

加拿大科学家为新型量子电池绘制了蓝图，这种电池仅依靠量子力学原理工作，不会漏电。“量子电池是一种微小的、纳米尺寸的电池，可被用于纳米尺度的应用。” 加拿大阿尔伯塔大学化学家加布里埃尔・汉纳解释说。该研究提供了一项理论证明，证实创造一种无损耗的量子电池是有可能的，比此前提出的量子电池更有优势。我们更熟悉的电池，如为智能手机供电的锂离子电池，依赖于经典的电化学原理，而量子电池则完全依赖于量子力学。为了实现他们的想法，研究小组构想了一个具有高结构对称性的开放量子网络模型，作为一个储存激子能量的平台。在这一平台中，当一个电子吸收了一个有足够能量的光子后，能量就会被利用起来。通过这一模型，他们证明了即使是在开放的环境中，储存能量也不会有任何损耗。“关键是在所谓的黑暗状态下准备好这个量子网络。” 汉纳解释道，“在黑暗状态下，网络无法与环境交换能量。从本质上说，这个系统对所有的环境影响都是免疫的。这意味着这种电池对能量损耗有很强的抵抗力。” 利用这一模型，研究人员还提出了一种根据需要从电池中释放所储存能量的通用方法，这涉及到以一种可控的方式打破网络的结构对称性。未来，该项目还将探索电池充放电的可行性办法，以及在实际应用中扩大规模的有效方法。这项名为 “无损耗激子量子电池” 的研究，发表在近期的《物理化学杂志》上。

提出了基于一维波导共同环境诱导的新型量子电池方案，可实现远距离充电和退相干抑制。两个二能级系统分别作为充电器和量子电池，被放置在一个矩形金属波导中。充电器与量子电池的间距远大于其偶极 — 偶极相互作用的距离，因此二者无法实现直接的能量转移。波导中的电磁场作为充电器和量子电池的共同环境，与二者耦合形成复合系统。复合系统的能谱显示，连续能带外会形成不同个数的孤立能级，称作束缚态，其对充电带来截然不同的结果：当无束缚态时，量子电池的能量快速耗散到环境中，从而发生老化；当形成一个束缚态时，量子电池的能量会趋于有限值，此时虽然实现了能量转移，但并未完全达到持续充电；当形成两个束缚态时，量子电池能量持续振荡，且最大储能不会发生自发损耗，实现抗老化的理想充电。

量子电池之所以能够实现不漏电，关键在于其采用了具有高结构对称性的开放量子网络模型来储存激子能量。在这个模型中，当电子吸收了有足够能量的光子后，能量便会被利用起来。而实现不漏电的核心在于将量子网络准备在 “黑暗状态” 下。在黑暗状态下，网络无法与周围环境交换能量，从本质上讲，整个系统不受环境影响。这就意味着量子电池对能量损耗有很强的抵抗力。

加拿大阿尔伯塔大学和多伦多大学的科学家们为新型量子电池绘制了蓝图，他们的研究提供了理论证明，创造一种无损耗的量子电池是有可能的。研究小组构想的开放量子网络模型，作为储存激子能量的平台，即使在开放环境中，也能毫无损失地存储能量。例如，阿尔伯塔大学化学家加布里埃尔・汉纳解释道，“关键是在所谓的黑暗状态下准备好这个量子网络。在黑暗状态下，网络无法与环境交换能量。从本质上说，这个系统对所有的环境影响都是免疫的。”

加拿大阿尔伯塔大学和多伦多大学的科学家们构想了一个具有高结构对称性的开放量子网络模型，作为储存激子能量的平台。在这个模型中，当电子吸收足够能量的光子后，能量便会被利用起来。研究团队通过该模型旨在证明，即使在开放环境下，也可以毫无损失地存储能量。正如多伦多大学的化学家加布里埃尔・汉纳所解释的：“关键是要使这种量子网络处于黑暗状态。在黑暗状态下，网络无法与周围环境交换能量。从本质上讲，该系统不受环境影响，意味着电池几乎不会有什么能量损失。” 众多研究资料也都提及了这个开放量子网络模型，如科技日报的报道中提到，为了实现电荷无损的量子电池的想法，研究团队将具有高度结构对称性的开放式量子网络模型作为存储激子能量的平台。这种模型为量子电池的不漏电特性提供了坚实的理论基础。

利用开放量子网络模型，研究人员提出了一种根据需要从电池中释放所储存能量的通用方法，这涉及到以一种可控的方式打破网络的结构对称性。通过打破对称性，能够实现按需从电池中释放所储存的能量。未来，该项目还将探索电池充放电的可行方法，以及在实际应用中扩大规模的有效方法。这种按需释放能量的方法为量子电池的实际应用提供了更多的可能性，使其能够更好地满足不同场景下的能源需求。