“量子电池”来了？未来EV充满电最快只需几秒 速度提升200倍

无论是光伏还是核聚变，人类文明迟早都要转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这是不可避免的。因此，科学家们做了大量的研究来开发替代能源，这些替代能源大多以电为主要的能源载体。

随着可再生能源的广泛研究和开发，社会逐渐发生了变化，全世界都采用了基于可再生能源的新产品和设备。最显著的变化是电动汽车的迅速普及，现在每年都有数百万辆电动汽车售出。电动汽车市场是增长最快的行业之一，这也帮助埃隆·马斯克成为世界首富。

与传统汽车从碳氢化合物燃料燃烧中获取能量不同，电动汽车依赖电池作为其储能介质。很长一段时间，电池的能量密度远低于碳氢化合物，导致早期电动汽车的行驶里程低。但是随着电池技术的逐渐完善，这个障碍已经被突破了。

然而，另一方面，如今的电动汽车消费者还面临着另一个难题——电池充电速度慢。目前一辆车充满电需要10个小时左右，即使是充电站的超级充电器充满电也需要长达20-40分钟。这给客户带来了额外的成本和不便。

为了解决这个问题，科学家们在量子物理的神秘领域中寻找答案。他们的研究发现，量子技术可能会带来一种新的机制，以更快的速度为电池充电。“量子电池”的这一概念最早是由Alicki和Fannes在2012年发表的一篇开创性论文中提出的。理论上，量子资源，比如纠缠，可以同时以集体的方式给所有的电池充电，从而大大加快电池的充电过程。

根据之前的研究，量子技术可以加快电池的充电速度，其充电优势可能由两个因素带来:“全局运行”(电池可以与其他电池电连接)和“全耦合”(每个电池只能与另一个电池电连接，不能同时与两个或两个以上的电池电连接)。但是科学家们不清楚这两个因素是否是必要的。

最近，基础科学研究所(IBS)复杂系统理论物理中心的科学家们进一步探讨了这些问题。发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项研究指出，“全耦合”在量子电池中是一个无关紧要的因素，“全局操作”是其充电优势的唯一来源。IBS是韩国政府资助的研究机构，开展基础科学研究及相关的纯基础研究。

研究人员发现，采用“全局操作”的量子充电方案后，充电速度与电池数量呈现二次函数关系，而不是传统充电方式下的线性关系。因此，对于一辆拥有约200块电池的经典电动汽车来说，新的量子充电方法有望将充电速度提高约200倍，并将充电效率从10小时缩短至约3分钟。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短至短短几秒钟。

研究人员表示，这项研究成果可能意义深远，量子充电的影响可能远远超出电动汽车和消费电子产品。例如，它可能在未来的聚变发电厂中找到一个关键用途，这些发电厂需要在瞬间充放电大量能量。

当然，量子技术还处于起步阶段，要实现这些方法的实际应用还有很长的路要走。然而，像这样的研究发现创造了一个充满希望的方向，可以鼓励资助机构和企业进一步投资于这些技术。科学家认为，如果量子电池得到应用，它将彻底改变我们使用能源的方式，让我们更接近可持续发展的未来。无论是光伏还是核聚变，人类文明迟早都要转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这是不可避免的。因此，科学家们做了大量的研究来开发替代能源，这些替代能源大多以电为主要的能源载体。

随着扩展……可再生能源的研发，社会逐渐发生了变化，全世界都采用了基于可再生能源的新产品和设备。最显著的变化是电动汽车的迅速普及，现在每年都有数百万辆电动汽车售出。电动汽车市场是增长最快的行业之一，这也帮助埃隆·马斯克成为世界首富。

与传统汽车从碳氢化合物燃料燃烧中获取能量不同，电动汽车依赖电池作为储能介质。很长一段时间，电池的能量密度远低于碳氢化合物，导致早期电动汽车的行驶里程低。但是随着电池技术的逐渐完善，这个障碍已经被突破了。

然而，另一方面，如今的电动汽车消费者还面临着另一个难题——电池充电速度慢。目前一辆车充满电需要10个小时左右，即使是充电站的超级充电器充满电也需要长达20-40分钟。这给客户带来了额外的成本和不便。

为了解决这个问题，科学家们在量子物理的神秘领域中寻找答案。他们的研究发现，量子技术可能会带来一种新的机制，以更快的速度为电池充电。“量子电池”的这一概念最早是由Alicki和Fannes在2012年发表的一篇开创性论文中提出的。理论上，量子资源，比如纠缠，可以同时以集体的方式给所有的电池充电，从而大大加快电池的充电过程。

根据之前的研究，量子技术可以加快电池的充电速度，其充电优势可能由两个因素带来:“全局运行”(电池可以与其他电池电连接)和“全耦合”(每个电池只能与另一个电池电连接，不能同时与两个或两个以上的电池电连接)。但是科学家们不清楚这两个因素是否是必要的。

最近，基础科学研究所(IBS)复杂系统理论物理中心的科学家们进一步探讨了这些问题。发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一项研究指出，“全耦合”在量子电池中是一个无关紧要的因素，“全局操作”是其充电优势的唯一来源。IBS是韩国政府资助的研究机构，开展基础科学研究及相关的纯基础研究。

研究人员发现，采用“全局操作”的量子充电方案后，充电速度与电池数量呈现二次函数关系，而不是传统充电方式下的线性关系。因此，对于一辆拥有约200块电池的经典电动汽车来说，新的量子充电方法有望将充电速度提高约200倍，并将充电效率从10小时缩短至约3分钟。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短至短短几秒钟。

研究人员表示，这项研究成果可能意义深远，量子充电的影响可能远远超出电动汽车和消费电子产品。例如，它可能在未来的聚变发电厂中找到一个关键用途，这些发电厂需要在瞬间充放电大量能量。

当然，量子技术还处于起步阶段，要实现这些方法的实际应用还有很长的路要走。然而，像这样的研究发现创造了一个充满希望的方向，可以鼓励资助机构和企业进一步投资于这些技术。科学家认为，如果量子电池得到应用，它将彻底改变我们使用能源的方式，让我们更接近可持续发展的未来。

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