量子电池中功率与功可靠性的基本限制

量子电池是为满足量子技术能量需求设计的微观器件,在充放电过程中展现出高功率潜力。然而其实际效用与性能关键取决于可靠性,该指标由噪声信号比(NSR)量化——即功与功率的归一化涨落,其可靠性随NSR升高而反比下降。该研究团队确立了可靠性的基本极限:功与功率的NSR均受充电速度函数的下界约束,这一普适规律揭示了所有量子电池固有的可靠性极限。更引人注目的是,研究人员发现量子力学的不确定性原理禁止同时抑制功与功率的涨落,这种根本性的权衡关系进一步制约了量子电池的可靠性。通过分析多体量子电池在并行(局域)、集体(完全非局域)和混合(半局域)充电方案中的权衡关系、极限特性及标度行为,该工作发现:利用更强纠缠提升功率会牺牲功率可靠性。类似规律也存在于利用类横场伊辛相互作用的量子电池充电过程中。这些发现表明,要实现高功率与高可靠性的兼得,既不能依赖纯并行也不能依赖纯集体充电,而需采用具有中等相互作用强度的混合充电方案。因此,本分析为设计实用高效、可靠高性能的量子电池提供了理论框架。
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提交arXiv: 2026-01-08 19:00

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