量子充電：電動(dòng)汽車充電最快只需幾秒種？

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無(wú)論是光伏還是核聚變，人類文明遲早轉(zhuǎn)向可再生能源。

考慮到人類不斷增長(zhǎng)的能源需求和化石燃料的有限性，這是不可避免的。

因此，為了開(kāi)發(fā)替代能源，人們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，其中大部分利用電力作為主要的能源載體。

最近最引人注目的變化是電動(dòng)汽車的迅速采用。在10年前，道路上幾乎看不到電動(dòng)汽車，而現(xiàn)在每年有數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車被售出。

電動(dòng)汽車市場(chǎng)是增長(zhǎng)最迅速的行業(yè)之一，它也推動(dòng)埃隆-馬斯克成為世界上最富有的人。

然而，電動(dòng)汽車的電池存儲(chǔ)技術(shù)是必須解決的主要技術(shù)瓶頸之一。

盡管電池技術(shù)有了巨大的改進(jìn)，今天，電動(dòng)汽車的消費(fèi)者面臨著另一個(gè)困難——電池充電速度慢。

目前，汽車需要大約10個(gè)小時(shí)才能完全充電，即使是充電站的超級(jí)充電器也需要長(zhǎng)達(dá)20-40分鐘才能為車輛完全充電。這給客戶帶來(lái)了額外的成本和不便。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，科學(xué)家在神秘的量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ掖鸢浮?br />
他們的探索導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)，量子技術(shù)可能以更快的速度為電池充電�？茖W(xué)家Alicki和Fannes在2012年發(fā)表的一篇開(kāi)創(chuàng)性論文中首次提出了這種“量子電池”的概念。

理論上，量子資源，如糾纏，可以通過(guò)以集體方式同時(shí)對(duì)電池內(nèi)的所有電池進(jìn)行充電來(lái)大大加快電池的充電過(guò)程。

這尤其令人振奮。這種集體充電在傳統(tǒng)電池中是不可能的，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)電池中，電池是彼此獨(dú)立地平行充電的。

這種集體充電與平行充電的優(yōu)勢(shì)可以通過(guò)稱為“量子充電優(yōu)勢(shì)”的比率來(lái)衡量。

后來(lái)，大約在2017年，人們注意到這種量子優(yōu)勢(shì)背后可能有兩個(gè)來(lái)源，即“全局操作”（所有的細(xì)胞同時(shí)與其他所有的細(xì)胞交談，即“所有的人坐在一張桌子上”）和“全耦合”（每個(gè)細(xì)胞可以與其他每個(gè)細(xì)胞交談，即“許多討論，但每個(gè)討論只有兩個(gè)參與者”）。

然而，目前還不清楚這兩個(gè)來(lái)源是否是必要的，以及可以實(shí)現(xiàn)的充電速度是否有任何限制。

最近，基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）內(nèi)的科學(xué)家們進(jìn)一步探索了這些問(wèn)題。研究論文表明，在量子電池中用全耦合是不合適的，而全局操作的存在是量子領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。該小組進(jìn)一步指出了這種優(yōu)勢(shì)的確切來(lái)源，同時(shí)排除了其他可能性，甚至提供了設(shè)計(jì)這種電池的明確方法。

此外，該小組還能夠精確地量化在這種方案中可以實(shí)現(xiàn)多少充電速度。雖然最大充電速度隨著經(jīng)典電池中電池?cái)?shù)量的增加而線性增長(zhǎng)，但研究表明，采用全局操作的量子電池可以實(shí)現(xiàn)充電速度的二次擴(kuò)展。

為了說(shuō)明這一點(diǎn)，科學(xué)家拿典型的電動(dòng)汽車為例，其電池包含約200個(gè)單元。采用這種量子充電將使充電速度快200倍，這意味著在家里的充電時(shí)間將從10小時(shí)縮短到約3分鐘。在高速充電站，充電時(shí)間將從30分鐘縮短到僅僅幾秒鐘。

研究人員說(shuō)，量子充電的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電動(dòng)汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品。例如，它可能在未來(lái)的聚變電站中找到關(guān)鍵用途，因?yàn)榫圩冸娬拘枰�在瞬間充放電的大量能量。當(dāng)然，量子技術(shù)仍然處于起步階段，在這些方法能夠在實(shí)踐中實(shí)施之前，還有很長(zhǎng)的路要走。

然而，像這樣的研究結(jié)果創(chuàng)造了一個(gè)有希望的方向，可以激勵(lì)投資機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)一步投資于這些技術(shù)。

如果被采用，相信量子電池將徹底改變?nèi)藗兪褂媚茉吹姆绞�，并向可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)邁進(jìn)。

前瞻網(wǎng)

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