（通讯员 王接词）近日，物理与电子科学学院王接词教授团队在模拟黑洞系统中的量子电池研究方面取得新进展，相关成果以“Scrambling-Enhanced Quantum Battery Charging in Black Hole Analogues”为题发表于Advanced Science。

量子置乱（scrambling）是一种发生在强相互作用量子系统中的混沌现象，如同高速的“信息洗牌”，能将量子信息迅速扩散至整个系统。尽管量子力学幺正演化要求信息守恒，但霍金辐射理论曾带来著名“黑洞信息悖论”：随着黑洞蒸发演化，落入其中的信息似乎会消失。为调和这一理论矛盾，L. Susskind 等人提出，流入黑洞的信息其实并未丢失，而是以惊人的速度被“置乱”，在黑洞视界表面被迅速分散并编码到整个黑洞中。这一极端的量子混沌过程，使黑洞成为宇宙中最快的“信息置乱器”。受此启发，研究团队构建了一种基于黑洞置乱动力学的量子电池模型。该模型采用位置依赖的XY自旋链——一种由量子比特组成的链状结构，其量子比特之间的相互作用强度随位置变化模拟了黑洞视界附近的量子混沌行为。在这一实验可控系统中，置乱能力的强弱完全取决于量子比特之间“跳跃式”相互作用的分布方式。研究团队提出通过淬火方案来调控类比黑洞系统的置乱能力，并分析了置乱强度对量子电池充电协议的影响。

图 1 引力系统量子电池模型及充电示意图（左上），黑洞置乱行为数值拟合结果（右上），淬火带来的性能优化最大功率（左下）和最佳充电时间（右下）的数值结果。

研究表明，该模型中淬火前后视界参数的预设差异，正是决定量子电池性能的关键因素。当系统通过“淬火”操作快速切换至一个信息加扰能力更强的状态时——对应于模拟了具有更大“视界参数”的黑洞系统，基于此动力学充电的量子电池，其最大存储能量和峰值充电功率均得到显著提升。此外，最优充电时间对初始态设定几乎无依赖性，并随淬火后参数的增大而单调递减。这意味着在实验上模拟黑洞时空的加扰动力学机制，可直接加速量子电池的充电过程。本研究将时空曲率驱动的置乱动力学的物理机制应用于量子储能领域，通过模拟黑洞的快速置乱能力来优化量子电池的充电性能，这不仅在基础物理与量子技术之间建立了新的桥梁，也有望未来高性能量子储能器件的设计研发提供理论依据。

我校为此论文的第一通讯单位。我校研究生刘志龙和博士后李莹为论文的第一、第二作者，王接词教授与杭州师范大学田泽华副教授为论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、湖南省科技创新领军人才项目、湖南省自然科学基金等科研项目的支持。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202520281

编辑：路童童 刘欣语

责编：刘真

审核：马铁泉

原文链接：https://www.hunnu.edu.cn/info/1113/24088.htm