近日，科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，“量子電池”可以將充電速度提高200倍，將一輛電動汽車的充電時間從10小時最快縮短到9秒。

近幾年，可再生能源受到全球廣泛關(guān)注。全球電動汽車市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Canalys，2021年全球電動汽車（包括純電動和插電式混合動力汽車）銷量為650萬輛，比2020年增長109%。其中，中國大陸市場銷售超過320萬輛，占全球電動汽車銷量的一半。

電動電池作為電動汽車的關(guān)鍵部件，其生產(chǎn)和存儲技術(shù)是目前亟待優(yōu)化的問題。隨著電池技術(shù)的改進(jìn)，電動汽車的續(xù)航里程已達(dá)到消費者可接受的范圍。

但消費者依舊面臨著電池充電速度慢的問題。目前，一輛電動汽車在家充電，充滿大約需要10個小時。即使是充電速度最快的超級充電站，也需要20至40分鐘才能充滿電。因此，充電速度問題給消費者帶來了更多的時間成本。

為了解決這一問題，科學(xué)家開始在量子物理學(xué)中尋找答案。

2012年，Robert Alicki和Mark Fannes二人發(fā)表了一篇開創(chuàng)性論文，并首次提出“量子電池”概念。他們的研究發(fā)現(xiàn)，量子技術(shù)可能會帶來新的突破，以更快的速度給電池充電。理論上，量子技術(shù)（例如量子糾纏）可以對電池組的所有單個電池進(jìn)行集體充電，從而大幅加快充電過程。

由于在傳統(tǒng)電池中，電池組內(nèi)的電池是相互獨立、并聯(lián)充電的，無法實現(xiàn)集體充電。因此，科學(xué)家將集體充電相較于并聯(lián)充電的優(yōu)勢，稱為“量子充電優(yōu)勢”(quantum charging advantage)。

直到2017年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“量子充電優(yōu)勢”的兩種可能來源：“全局操作”(global operation，即電池組內(nèi)所有電池可與其它電池同時交流)和“全部耦合”(all-to-all coupling，即電池組內(nèi)的電池與其它電池的交流形式為“一對一”)。但此前，科學(xué)界尚不明確這兩種來源是否必要，且是否會限制充電速度。

電動汽車的傳統(tǒng)充電與量子充電區(qū)別示意圖，圖片來自韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院(IBS)此次，韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院(IBS)復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心的研究人員提出，“全部耦合”在量子電池中無關(guān)緊要，“全局操作”的存在是“量子充電優(yōu)勢”的唯一因素。團(tuán)隊進(jìn)一步確定了這種優(yōu)勢的確切來源，排除了其它可能性，并提供了設(shè)計量子電池的一種明確方法。該研究成果發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)，并被選為“編輯推薦”論文。

此外，前述團(tuán)隊能精確量化該方案中“量子電池”可實現(xiàn)的充電速度。傳統(tǒng)電池的最大充電速度一般隨著電池數(shù)量的增加而線性增加，但采用“全局操作”的量子電池充電速度可以實現(xiàn)平方增速。他們提出，一輛普通的電動汽車，其電池組大約包含200個電池。若使用量子充電技術(shù)，其充電速度將比傳統(tǒng)電池快200倍。這意味著一輛電動汽車在家充電的時間將從10小時，縮短到約3分鐘，在高速充電站可以從30分鐘縮短到短短幾秒。

研究人員表示，量子充電技術(shù)的影響力可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電動汽車和消費電子產(chǎn)品本身。例如，它可能在未來應(yīng)用于核聚變發(fā)電廠，因為這些發(fā)電廠需要在瞬間大量充電與放電。盡管量子技術(shù)仍處于起步階段，要實現(xiàn)這些技術(shù)的實際應(yīng)用還有很長的路，但這些研究可以激勵機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)一步投資量子技術(shù)。如果量子電池得以應(yīng)用，它將徹底改變我們使用能源的方式，有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的未來。