無論是光伏還是核聚變，人類文明遲早都必須轉(zhuǎn)向可再生能源?？紤]到人類日益增長的能源需求和化石燃料的有限性，這是不可避免的。因此，科學(xué)家為開發(fā)替代能源進(jìn)行了大量的研究，其中大多數(shù)利用電力作為主要的能源載體。
隨著可再生能源的廣泛研發(fā)，社會發(fā)生了逐漸的變化，世界采用了以可再生能源為基礎(chǔ)的新產(chǎn)品和設(shè)備。最顯著的變化就是電動汽車的迅速普及，現(xiàn)在每年都有數(shù)百萬輛電動汽車售出。電動汽車市場是增長最快的行業(yè)之一，這也幫助埃隆·馬斯克（Elon Musk）成為世界上最富有的人。
與從碳?xì)浠衔锶剂先紵蝎@取能量的傳統(tǒng)汽車不同，電動汽車依靠電池作為其能量的存儲介質(zhì)。在很長一段時(shí)間里，電池的能量密度遠(yuǎn)低于碳?xì)浠衔?，這導(dǎo)致早期電動汽車行駛里程很低。但隨著電池技術(shù)的逐步改進(jìn)，這一障礙已被突破。
然而，另一方面，今天電動汽車的消費(fèi)者又面臨著另一個(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充電器也需要長達(dá)20-40分鐘才能為車輛完全充電。這給客戶帶來了額外的成本和不便。
為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們在量子物理學(xué)的神秘領(lǐng)域中尋找答案。他們的研究發(fā)現(xiàn)，量子技術(shù)可能會帶來以更快速度給電池充電的新機(jī)制。這種“量子電池”的概念在2012年由Alicki和Fannes發(fā)表的一篇開創(chuàng)性論文中首次提出。理論上，量子資源，如糾纏，可以通過集體的方式同時(shí)給電池內(nèi)的所有電池充電，從而大大加快電池的充電過程。
根據(jù)之前的研究，量子技術(shù)可以加快電池充電的速度，而且其充電優(yōu)勢可能是由2方面因素帶來的：“全局操作”（電池可以與其他電池發(fā)生電連接）和“全耦合”（每個(gè)電池只能與另一個(gè)電池發(fā)生電連接，而不能同時(shí)與2個(gè)或多個(gè)）。但此前科學(xué)家還不清楚這2個(gè)因素是否都是必要的。
最近，來自基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心的科學(xué)家們進(jìn)一步探討了這些問題。一項(xiàng)發(fā)表于《物理評論快報(bào)》的研究指出，在量子電池中，“全耦合”是不相關(guān)因素，而“全局操作”是其唯一的充電優(yōu)勢來源。IBS是韓國政府出資開展基礎(chǔ)科學(xué)研究和相關(guān)純基礎(chǔ)研究的研究機(jī)構(gòu)。
研究人員發(fā)現(xiàn)采取“全局操作”的量子充電方案后，充電速度與電池?cái)?shù)量之間呈二次函數(shù)關(guān)系，而不再是傳統(tǒng)充電方式下的線性關(guān)系。因此，對于一款內(nèi)置約200組電池的經(jīng)典電動汽車，新的量子充電方式有望使充電速度提高約200倍，充電效率可從10小時(shí)縮短至3分鐘左右。在高速充電站，充電時(shí)間將從30分鐘縮短到短短幾秒。
研究人員表示，研究結(jié)果可能是深遠(yuǎn)的，量子充電的影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電動汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品。例如，它可能在未來的聚變發(fā)電廠找到關(guān)鍵用途，這些發(fā)電廠需要在瞬間充電和排放大量的能量。
當(dāng)然，量子技術(shù)仍處于起步階段，要實(shí)現(xiàn)這些方法的實(shí)際應(yīng)用還有很長的路要走。然而，諸如此類的研究發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造了一個(gè)有前途的方向，并可以激勵資助機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)一步投資于這些技術(shù)?？茖W(xué)家們相信，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，使我們離可持續(xù)發(fā)展的未來更近一步。
（轉(zhuǎn)載）
