近日，福州大学物理与信息工程学院物理系陈叶鸿教授与日本理化学研究所、天津大学、哈尔滨工业大学等研究团队合作，首次将超导巨原子的非局域耦合特性引入量子电池研究领域，通过编织构型的量子干涉工程实现充电器与电池单元间的无损耗能量传输，并提出远程手性充电协议，可通过调控外加磁通量实现能量单向传输与方向反转，为量子电路中抗退相干、高效率量子电池提供了全新设计原理与实现方案。研究结果发表于国际物理学顶级期刊Physical Review Letters。

图1 二能级巨原子与公共波导相互作用的（a）编织构型、（b）分离构型和（c）嵌套构型示意图。（d）远程手性充电协议示意图。

环境诱导的退相干会导致量子电池在主动充放电过程中发生不可逆的能量损失。针对这一难题，研究团队提出了一种利用巨原子非局域耦合特性的充电协议。在该协议中，量子电池及其充电器均由超导巨原子构成，每个巨原子通过多个非局域耦合点与共享的微波波导相互作用。通过将原子排列成编织构型（耦合路径在空间上交错排列），利用相消干涉抑制波导介导的耗散，同时保持充电器与电池之间的相干相互作用，实现了无损耗的能量传递动力学。

图2 编织、分离和嵌套三种不同巨原子构型下，交换相互作用与耗散率随相位的变化，以及最大可提取功、能量涨落和平均充电功率随时间的变化。

该研究成果论文以福州大学为第一完成单位。福州大学物理与信息工程学院2025级博士生颜克雄为论文的第一作者，陈叶鸿教授和夏岩教授为论文的共同通讯作者。论文合作者还包括日本理化学研究所Franco Nori教授、哈尔滨工业大学宋杰教授、天津大学刘阳博士后、以及福州大学物理学博士生肖杨和林俊豪。该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、国家博士后海外引才专项、福建省“百人计划”专项、福建省“闽江学者”奖励计划专项、福州大学“双一流”建设项目和“物理学科”专项支持。

文章链接：https://doi.org/10.1103/43n6-rnj3