首款可工作的量子电池证明，更大容量确实意味着更快速度

你的手机充电只需一小时，而你的电动汽车却要充一整夜。这种权衡——更大的容量意味着更长的等待时间——已经根深蒂固地存在于电池的工作原理中，以至于人们不再对此提出质疑。然而，澳大利亚的一组科学家刚刚研制出一种彻底打破这一规则的产品。

澳大利亚国家科学机构 CSIRO 的研究人员与皇家墨尔本理工大学和墨尔本大学的团队合作，推出了世界上第一个可用的量子电池原型。

这是一个实际存在的物理装置，它能够充电、储存和释放能量——其原理是量子物理学而非化学。他们的研究成果于周三发表。 自然之光：科学与应用 .

这个原型是一个微小的多层有机材料晶片，就像纳米级的三明治，它通过激光脉冲进行无线充电。这个脉冲持续时间仅为飞秒级。一飞秒等于一千万亿分之一秒。器件在这个时间窗口内完成充电，然后保持能量长达纳秒级——比充电时间长了大约六个数量级。

这个差距听起来似乎微不足道，但当你把它放大后就会发现意义非凡。“如果我们能在1分钟内给电池充满电，它就能保持电量长达数年，”首席研究员詹姆斯·夸奇解释道。物理原理已经可行。现在的挑战在于如何延长实际设备中储存能量的持续时间。

真正奇怪的不是速度，而是缩放行为。

传统电池的充电速度会随着容量的增加而减慢。容量越大，充电时间越长，但量子电池恰恰相反。装置中封装的分子越多，每个分子的充电速度就越快——因为在量子层面上，它们并非各自独立行动，而是协同运作，共同共享输入的能量，形成一种研究人员称之为“超吸收”的协同爆发。

从技术角度讲，研究人员表示，充电时间会以 1/√N 的速率递减，其中 N 为分子数量。电池容量翻倍，充电时间将缩短近一半，以此类推。

“我们的发现证实了一种完全违反直觉的基本量子效应：量子电池体积越大，充电速度越快，”夸奇告诉记者 墨尔本大学 “现在的电池工作原理已经不一样了。”

早在2013年，数学模型就已预测到这种特性，并在2022年实现了部分验证。此次的创新之处在于实现了完整的能量循环：研究团队找到了将储存的能量以电流形式释放出来的方法，这是以往任何量子电池实验都未能实现的。此外，该装置可在室温下运行——相比中国和西班牙需要低温冷却的同类超导方案，这是一个实际优势。

这项技术目前的直接应用并非电动汽车之类的东西。原型机的总容量以十亿分之一电子伏特来衡量——目前还不足以驱动现实世界中的任何设备。但量子计算机则截然不同。这些系统已经…… 进展速度超出大多数人的预期 而且，它们还面临着一个特殊的能量问题：它们精细的量子态需要相干地供电，并且不能引入传统电子器件所携带的噪声。量子电池使用与这些处理器相同的量子语言进行充放电。

“量子电池可以以最小的能耗为量子计算机提供相干能量，”昆士兰大学量子技术实验室负责人安德鲁·怀特教授（他并未参与这项研究）表示。 新闻数字版 .

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）已在寻求包括电动汽车制造商和尖端科技投资者在内的开发合作伙伴，以推进这项研究。该理论在硬件方面领先了十年，硬件只是刚刚赶上。