En physique classique, le principe de causalité affirme que si un phénomène (nommé cause) produit un autre phénomène (nommé effet), alors la cause précède l’effet.; C’est ce que l’on nomme le principe de causalité.
Les batteries d’accumulateurs dites quantiques qui exploitent les phénomènes quantiques pour acquérir, stocker et distribuer de l’énergie visent à surpasser les capacités et l’utilité des batteries chimiques conventionnelles. Pour cela, elles ne respecteront plus le principe de causalité. Leurs concepteurs feront appel à ce que l’on nomme l’« ordre causal indéfini » ou ICO
Rappelons que le concept de batterie quantique fut proposé au début des années 1990 par une équipe de chercheurs de l’université de Californie, Berkeley. Ils ont montré qu’il était possible de stocker de l’énergie à partir de l état quantique des atomes et des molécules. Cependant ce ne fut pas avant les années 2000 que la première batterie quantique fut réalisée.
Des chercheurs japonais, dont ceux cité dans l’article référencé ci-dessous de l’Université de Tokyo, ont profité de ce processus quantique peu intuitif qui ignore la notion conventionnelle de causalité pour améliorer les performances des batteries quantiques qu’ils étudient. Cette démarche vise à rapprocher un peu plus cette future technologie de la réalité industrielle.
Référence
Charging Quantum Batteries via Indefinite Causal Order: Theory and Experiment
Gaoyan Zhu, Yuanbo Chen, Yoshihiko Hasegawa, and Peng Xue
Phys. Rev. Lett. 131, 240401 – Published 13 December 2023
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.240401
Abstract
In the standard quantum theory, the causal order of occurrence between events is prescribed, and must be definite. This has been maintained in all conventional scenarios of operation for quantum batteries. In this study we take a step further to allow the charging of quantum batteries in an indefinite causal order (ICO). We propose a nonunitary dynamics-based charging protocol and experimentally investigate this using a photonic quantum switch. Our results demonstrate that both the amount of energy charged and the thermal efficiency can be boosted simultaneously. Moreover, we reveal a counterintuitive effect that a relatively less powerful charger guarantees a charged battery with more energy at a higher efficiency. Through investigation of different charger configurations, we find that ICO protocol can outperform the conventional protocols and gives rise to the anomalous inverse interaction effect. Our findings highlight a fundamental difference between the novelties arising from ICO and other coherently controlled processes, providing new insights into ICO and its potential applications.
Jean-Paul Baquiast
Europe Solidaire 