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前瞻技術脈動：光子與量子技術（202408）

關鍵字：太陽能儲存；光開關；不定因果順序(indefinite causal order, ICO)；量子電池；量子漩渦；量子色動力學(quantum chromodynamics)；核子液體；夸克液體；色磁場(color-magnetic field)；量子計算；熵；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年5月31日
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圖、前瞻技術脈動：光子與量子技術（202408）

掌握分子：透過光開關革新太陽能儲存技術
光開關候選者的設計和發現需要進行各種複雜的分子工程，為特定的用途進行優化。由University of Copenhagen和Technical University of Catalonia研究團隊合作發表於《Angewandte Chemie International Edition》期刊的研究成果指出，該團隊找到了能改進太陽能儲存的分子光開關。研究團隊使用量子計算，分析了一個龐大的資料庫，找到最適合這項技術的分子。就現階段而言，太陽能主要是直接用於發電，或是儲存在儲熱罐中間接使用。第三種可能途徑為先將太陽能儲存在感光材料中，然後根據需求釋放。該研究是由歐盟支持的研究項目，目的為探索諸如光開關之類的分子，這些分子可在室溫下吸收和儲存太陽能，實現完全無排放的太陽能運用。研究團隊鎖定被稱為雙環二烯烴的分子，這些分子在受到光照時會轉換為高能態。使用量子計算對擁有超過400,000個分子訊息的資料庫進行篩選，研究團隊發現了具有更大分子橋的分子，其能量儲存量比原本的降冰片二烯四環庚烷體系更多。雖然該新分子需要進一步合成和測試，但該研究為未來優化太陽能儲存分子提供了有價值的資料。
參考資料: Molecular Mastery: Revolutionizing Solar Energy Storage With Photoswitches. SciTechDaily, 2023/12/24.

量子電池透過打破我們對時間的理解來充電
將稱為不定因果順序(indefinite causal order, ICO)的量子效應應用到電池充電的過程中
東京大學Chen等人發表於《Physical Review Letters》的研究發現，量子電池可以利用不定因果順序(ICO)的量子效應來提高效率。在實驗中，科學家使用雷射、透鏡和鏡子構建了一個大型量子電池。傳統上，充電需要多個階段依次進行，但利用ICO，多個充電步驟可以同時進行，而不是順序進行。研究結果顯示，利用ICO的量子電池在能量和熱效率方面取得了巨大的進步。令人驚訝的是，相對較低功率的充電器比相對較高功率的充電器提供了更高的能量和效率。雖然量子電池目前僅存在於實驗室中，但科學家們正在逐步測試不同方面，以期將各個部分組合成一個工作整體。將這種不尋常的因果關係應用於量子電池的研究有助於我們更好地理解量子世界的奇異性質，並為未來的能源技術開啟新的可能性。
參考資料: Quantum batteries could charge by breaking our understanding of time. NEW ATLAS, 2023/12/17.

量子漩渦揭露夸克和核子液體的獨特舞蹈
核子液體和夸克液體在本質上是否不同？是否可能提供關於侷限（confinement）的明確定義？University of Minnesota、Iowa State University和University of Washington的研究團隊發表於《Physical Review D》和《Physical Review B》期刊的研究成果指出，中子星中的夸克液體和核子液體在本質上是不同的，挑戰了以往量子色動力學(quantum chromodynamics)的觀念。研究團隊探討了中子星內部不同形式的物質，揭露其中可能存在高密度核子或夸克液體。鑒別這兩種液體的關鍵在於兩者旋轉時產生的渦旋。雖然兩者都會產生渦旋，但夸克液體在其渦旋中呈現出獨特的「色磁場」(color-magnetic field)，使其與核子液體有所區別。研究發現解決了在高密度量子色動力學中關於「侷限」(confinement)長期存在的問題，指出夸克和核子液體間存在明確的區別。該研究是由Department of Energy Office of Science和Office of Nuclear Physics資助。
參考資料: Quantum Vortex Reveal: The Distinct Dance of Quark and Nucleon Liquids. SciTechDaily, 2024/01/01.

時間的熵：時鐘難題限制了量子計算的未來
由Vienna University of Technology研究團隊發表於《Physical Review Letters》期刊的研究成果指出，由於時鐘的精度和解析度，量子計算存在根本上的侷限。量子計算需要對量子狀態進行精確的時間測量。然而，由於時鐘的有限能量和熵的產生，完美的時間測量是不可能的。換句話說，沒有時鐘可以同時實現完美的解析度和精度。因此，該限制束縛了量子計算的能力。雖然目前還有其他因素限制量子計算的能力，但隨著量子技術的進步，克服時間測量方面的課題將變得至關重要。(1323字；圖1)
參考資料: The Entropy of Time: The Clock Conundrum Limiting Quantum Computing’s Future. SciTechDaily, 2024/01/07.


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