来源：基础科学研究所
基于量子电池技术的加持，当今电动汽车与未来车辆的图片插图。使用量子充电将是典型的电动汽车的200倍加速，这意味着充电时间将从10小时缩短到大约3分钟（在家里），或在充电站从30分钟缩短到9秒（一泡尿的时间都不到）。
无论是光伏还是聚变，人类文明迟早必须转向可再生能源。考虑到人类日益增长的能源需求和化石燃料的有限性，这被认为是不可避免的。为了开发替代能源，科学家已经进行了大量研究，其中大多数使用电力作为主要能源载体。随着世界采用更多的可再生能源的新产品和设备，可再生能源的广泛研发伴随着逐渐地社会变革进行中。最显著的变化是电动汽车的逐步地普及开来。虽然在10年前，很少能在路上看到它们的身影，但现在每年有数百万辆电动汽车出售。目前，电动汽车市场是增长最快的行业之一。
与从碳氢化合物燃料燃烧中获得能量的传统汽车不同，电动汽车依靠电池作为能量的存储介质。长期以来，电池的能量密度远低于碳氢化合物，这导致早期电动汽车的续航里程非常低。然而，与燃汽油汽车相比，电池技术的逐步改进最终使电动汽车的驱动范围达到了可接受的水平。毫不轻描淡写，电池存储技术的改进是必须解决的主要技术瓶颈之一，这样才能启动当前的电动汽车革命。
然而，尽管电池技术有了巨大改进，但当今电动汽车的消费者面临着另一个困难：电池充电速度缓慢。目前，汽车在家中完全充电大约需要10个小时。即使是充电站最快的增压器也需要长达20到40分钟才能为车辆充满电。这给客户带来了额外的成本和不便。
为了解决这个问题，科学家在量子物理学领域寻找答案。他们的搜索发现，量子技术可能会有望以更快的速度为电池充电的新机制。量子电池技术首次在Alicki和Fannes于2012年发表的一篇开创性论文中提出。理论上，纠缠等量子资源可以通过集体同时为电池内的所有电池充电来大大加快电池充电过程。
这尤其令人兴奋，因为现代大容量电池可以容纳许多电池。在经典电池中，这种集体充电是不可能的，因为电池相互独立地并行充电。这种集体充电与并行充电的优势可以通过称为量子充电优势的比率来衡量。大约在2017年，研究人员注意到，这种量子优势背后可能有两个来源——即全局运算（好比其中所有细胞同时与所有其他单元格交谈，即“都坐在一张桌子上”）和全方位耦合（即“许多讨论，但每次讨论只有两名参与者”）。然而，目前还不清楚这两个来源是否都是必要的，以及可以实现的充电速度是否有任何限制。
最近，基础科学研究所（IBS）复杂系统理论物理中心的科学家进一步探讨了这些问题。该论文在《物理评论信》杂志上被选为编辑建议，该论文表明，全方位耦合在量子电池中无关紧要，全局运算的存在是量子优势的唯一成分。该小组进一步确定了这一优势的确切来源，同时排除了任何其他可能性，甚至提供了设计此类电池的明确方法。
此外，该小组能够准确量化该方案可以实现多少充电速度。虽然最大充电速度随着经典电池的电池数量线性增加，但研究表明，采用全新操作的量子电池可以实现充电速度的二次缩放。为了说明这一点，请考虑一辆典型的电动汽车，电池包含约200个电池。使用这种量子充电将是经典电池的200倍加速，这意味着在家充电时间将从10小时缩短到大约3分钟（一泡尿的时间）。在高速充电站，充电时间将从30分钟缩短到仅秒（弹指一挥间）。
研究人员表示，该研究的影响后果是深远的，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，它可能会在未来的聚变发电厂中找到关键用途，这些发电厂需要大量能源在瞬间充电和放电。当然，量子技术仍处于起步阶段，要在实践中实施这些方法还有很长的路要走。然而，像这样的研究结果创造了一个有希望的方向，并可以激励融资机构和企业进一步投资这些技术。
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