文章信息

量子电池的研究进展

Research progress of quantum battery

王璐，吴风霖，李娜娜，郭森炎，樊浩，刘树倩，刘思远

物理学报, 2026, 75(4):040607

doi: 10.7498/aps.75.20251507

CSTR: 32037.14.aps.75.20251507

原文链接    PDF

文章导读

量子电池是一种基于量子力学原理设计的新型储能装置，其核心是利用量子纠缠、相干等独特资源，实现超快充电、高能量密度和高效率的能量存储与提取。量子电池研究的核心在于如何通过多体协同效应与量子相干性，突破经典电池在充电速度和功率输出方面的物理极限。充电过程中，系统可能经历纠缠建立、相干增强以及能量从充电器到电池的量子相干转移等关键微观过程。深入解析这些过程中的能量流动与量子资源演化，有助于揭示量子优越性的物理本质，并为高效储能器件的设计提供理论依据。

随着量子调控技术的不断进步，人们对量子系统的操控能力已深入至微观尺度。将量子光学、量子信息与量子热力学结合，极大地推动了量子电池理论的快速发展。《物理学报》2026年第4期青年科学评述栏目邀请西北大学现代物理研究所刘思远副教授团队撰写了“量子电池的研究进展”一文。文章系统梳理了量子电池的理论框架与核心物理机制，包括遍历熵、容量、充电功率等性能指标的定义与量化；详细介绍了光与物质相互作用的Dicke模型、自旋链模型、高维系统等典型量子电池模型；深入探讨了量子纠缠与相干在能量存储与提取过程中的关键作用，分析了开放量子系统中的退相干、能量耗散、非马尔科夫效应以及基于测量反馈的控制策略；还展望了远程无线充电的实现路径及超导电路、离子阱、腔量子电动力学等实验平台的进展。

该综述将为发展高效可控的量子储能技术提供理论基础，为理解量子资源在能量转换中的本质作用提供新视角，探索利用量子相干与纠缠实现超越经典极限的超快能量传输与存储，最终达到量子热力学与量子信息科学的深度融合。未来，基于量子电池的研究有望推动片上量子信息处理、微尺度高功率传感、量子网络节点能量管理等领域的发展，为新一代量子储能器件的设计与应用奠定科学基础。

图1  量子电池充放电过程示意图

作者简介

刘思远

西北大学现代物理研究所副教授，博士生导师。

2015年获西北大学理论物理博士学位。2017年—2019年在中国科学院物理研究所从事博士后研究工作。现任西北大学现代物理研究所副教授，博士生导师。主要研究方向为量子资源理论及量子能量存储与传输等。近年来在相关领域发表SCI论文近40篇，研究结果在领域内受到广泛关注。主持国家自然科学基金及省部级科研项目多项，获陕西省自然科学优秀学术论文三等奖1项。Phys. Rev. Lett.，Phys. Rev. A 等学术期刊审稿人。