日本研究人員最近公佈了一項在能源收集方面的突破，這項新技術有潛力重新定義效率的極限。透過利用抗熱化的量子狀態，研究團隊的全新方法能比傳統方法更有效地將廢熱轉換為電能，突破了傳統熱力學的限制。他們的研究涉及一種特殊的非熱湯野-魯丁格（Tomonaga-Luttinger, TL）液體，這可能會帶來更高效的低功耗電子產品，並有助於未來量子計算機的發展。
根據研究人員在學術摘要中的說法，「與準熱化的 TL 液體相比，在相同熱量下準備的非熱狀態能產生更大的電動勢，並具備更高的轉換效率。」這一發現讓人們對於廢熱的收集和利用有了新的思路，因為能源收集裝置可以從環境中捕捉能量，將廢熱轉換為有用的電能，從而提高電子設備和工業運作的效率。然而，研究人員指出，廢熱在各種場合中無處不在，從計算機和智能手機到發電廠和工廠，但大多數廢熱未被利用。雖然能源收集技術提供了一種回收這些損失能量的方式，但受限於熱力學定律，這些技術的轉換效率受到嚴格限制，如卡諾效率和庫爾宗-阿爾博恩效率，它們定義了熱轉電的最高可能性能。
日本團隊引入了一種超越傳統熱力學界限的新型基於量子的能源收集技術。研究人員沒有依賴普通的熱狀態，而是使用了一種非熱的 TL 液體，這是一種特殊的一維電子系統，能夠抵抗熱化。當施加熱量時，這種量子系統保持其高能、非熱狀態，而不是均勻地分配能量。利用這種行為，團隊展示了一種有效從廢熱中提取電力的方法，為可持續的低功耗電子產品和下一代量子技術打開了新的大門。
研究團隊通過實驗展示了他們的新型基於量子的能源收集概念的潛力。他們將來自量子點接觸晶體管的廢熱—一種調節電子流的設備—導入 TL 液體。這種非熱源的熱量隨後傳輸幾微米到量子點熱引擎，這是一種通過量子效應將熱轉換為電的微觀系統。值得注意的是，團隊發現這種非熱熱源生成的電壓顯著高於傳統的準熱化源，並且實現了更高的能量轉換效率。這些結果表明，TL 液體可能成為未來能源收集技術中有前景的非熱能源資源。
為了進一步解釋這些觀察結果，研究人員基於二元費米分佈開發了一個理論模型，以描述 TL 液體系統中非熱電子狀態的行為。他們的分析顯示，這項技術有望超越卡諾和庫爾宗-阿爾博恩效率的限制，這些限制傳統上定義了熱機的最高性能。這一突破展示了如何利用抵抗熱化的量子系統將廢熱轉換為可用的電力，為下一代能源收集設計鋪平了道路，並可應用於可持續的低功耗電子產品和量子計算。
研究團隊的發現表明，來自量子計算機和電子設備的廢熱可以通過高效的能源收集轉換為可用的電力。東京科學院物理系的藤澤俊正教授在聲明中指出。此外，這項研究的具體細節已發表在《通訊物理學》期刊上，為相關領域的未來發展提供了有力的理論支持和實驗基礎。
