無(wú)論是光伏還是聚變，人類文明遲早必須轉(zhuǎn)向可再生能源?？紤]到人類日益增長(zhǎng)的能源需求和化石燃料的有限性，這被認(rèn)為是不可避免的。為了開發(fā)替代能源，科學(xué)家已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，其中大多數(shù)使用電力作為主要能源載體。隨著世界采用更多的可再生能源的新產(chǎn)品和設(shè)備，可再生能源的廣泛研發(fā)伴隨著逐漸的社會(huì)變革進(jìn)行中。最顯著的變化是電動(dòng)汽車的逐步的普及開來(lái)。雖然在10年前，很少能在路上看到它們的身影，但現(xiàn)在每年有數(shù)百萬(wàn)輛電動(dòng)汽車出售。目前，電動(dòng)汽車市場(chǎng)是增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。

與從碳?xì)浠衔锶剂先紵蝎@得能量的傳統(tǒng)汽車不同，電動(dòng)汽車依靠電池作為能量的存儲(chǔ)介質(zhì)。長(zhǎng)期以來(lái)，電池的能量密度遠(yuǎn)低于碳?xì)浠衔铮@導(dǎo)致早期電動(dòng)汽車的續(xù)航里程非常低。然而，與燃汽油汽車相比，電池技術(shù)的逐步改進(jìn)最終使電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)范圍達(dá)到了可接受的水平。毫不輕描淡寫，電池存儲(chǔ)技術(shù)的改進(jìn)是必須解決的主要技術(shù)瓶頸之一，這樣才能啟動(dòng)當(dāng)前的電動(dòng)汽車革命。

然而，盡管電池技術(shù)有了巨大改進(jìn)，但當(dāng)今電動(dòng)汽車的消費(fèi)者面臨著另一個(gè)困難：電池充電速度緩慢。目前，汽車在家中完全充電大約需要10個(gè)小時(shí)。即使是充電站最快的增壓器也需要長(zhǎng)達(dá)20到40分鐘才能為車輛充滿電。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)家在量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ掖鸢浮Ｋ麄兊乃阉靼l(fā)現(xiàn)，量子技術(shù)可能會(huì)有望以更快的速度為電池充電的新機(jī)制。量子電池技術(shù)首次在Alicki和Fannes于2012年發(fā)表的一篇開創(chuàng)性論文中提出。理論上，糾纏等量子資源可以通過(guò)集體同時(shí)為電池內(nèi)的所有電池充電來(lái)大大加快電池充電過(guò)程。

這尤其令人興奮，因?yàn)楝F(xiàn)代大容量電池可以容納許多電池。在經(jīng)典電池中，這種集體充電是不可能的，因?yàn)殡姵叵嗷オ?dú)立地并行充電。這種集體充電與并行充電的優(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。大約在2017年，研究人員注意到，這種量子優(yōu)勢(shì)背后可能有兩個(gè)來(lái)源——即全局運(yùn)算（好比其中所有細(xì)胞同時(shí)與所有其他單元格交談，即“都坐在一張桌子上”）和全方位耦合（即“許多討論，但每次討論只有兩名參與者”）。然而，目前還不清楚這兩個(gè)來(lái)源是否都是必要的，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）復(fù)雜系統(tǒng)理論物理中心的科學(xué)家進(jìn)一步探討了這些問(wèn)題。該論文在《物理評(píng)論信》雜志上被選為編輯建議，該論文表明，全方位耦合在量子電池中無(wú)關(guān)緊要，全局運(yùn)算的存在是量子優(yōu)勢(shì)的唯一成分。該小組進(jìn)一步確定了這一優(yōu)勢(shì)的確切來(lái)源，同時(shí)排除了任何其他可能性，甚至提供了設(shè)計(jì)此類電池的明確方法。

此外，該小組能夠準(zhǔn)確量化該方案可以實(shí)現(xiàn)多少充電速度。雖然最大充電速度隨著經(jīng)典電池的電池?cái)?shù)量線性增加，但研究表明，采用全新操作的量子電池可以實(shí)現(xiàn)充電速度的二次縮放。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，請(qǐng)考慮一輛典型的電動(dòng)汽車，電池包含約200個(gè)電池。使用這種量子充電將是經(jīng)典電池的200倍加速，這意味著在家充電時(shí)間將從10小時(shí)縮短到大約3分鐘（一泡尿的時(shí)間）。在高速充電站，充電時(shí)間將從30分鐘縮短到僅秒（彈指一揮間）。

研究人員表示，該研究的影響后果是深遠(yuǎn)的，量子充電的影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電動(dòng)汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品。例如，它可能會(huì)在未來(lái)的聚變發(fā)電廠中找到關(guān)鍵用途，這些發(fā)電廠需要大量能源在瞬間充電和放電。當(dāng)然，量子技術(shù)仍處于起步階段，要在實(shí)踐中實(shí)施這些方法還有很長(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，并可以激勵(lì)融資機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)一步投資這些技術(shù)。

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