您的手机需要一个小时充电。您的电动汽车需要一整夜。这个权衡——更大的容量意味着更多的等待——深深植根于电池的工作方式，以至于没有人再真正质疑它。澳大利亚科学家团队刚刚构建了一个完全打破这一规则的东西。

澳大利亚国家科学机构CSIRO的研究人员，与RMIT大学和墨尔本大学的团队一起，揭示了世界上第一个可工作的量子电池原型。

这是一个实际的物理设备，能够充电、存储能量并释放能量——使用量子物理的规则而不是化学。它们的研究结果于周三发表在《自然光：科学与应用》上。

这个原型是一个微小的、分层的有机材料晶片，像一个纳米级的三明治，通过激光脉冲无线充电。那个脉冲持续的时间是飞秒。一飞秒是万亿分之一秒。设备在这个时间窗口内充电，然后在纳秒级保存能量——大约是充满所需时间的六个数量级。

这个差距听起来并不令人印象深刻，直到你把它放大。“如果我们能在一分钟内给电池充电，它可以保持充电状态几年，”首席研究员詹姆斯·夸克解释说。物理已经有效。现在的挑战是延长存储能量在现实设备中存在的时间。

真正奇怪的部分不是速度而是缩放行为。

传统电池在增长时充电速度变慢。更大的容量意味着更长的时间，但量子电池正好相反。设备中聚集的分子越多，充电每个分子的速度越快——因为在量子层面，它们不是单独行动的。它们以集体的方式行为，共同分享以单一协调的爆发方式接受的能量，研究人员称之为“超吸收”。

从技术上讲，研究人员表示，充电时间以1/√N的速度下降，其中N是分子的数量。电池加倍，充电时间几乎减半，依此类推。

“我们的研究结果证实了一个完全反直觉的基本量子效应：量子电池随着变大而充电更快，”夸克告诉墨尔本大学。“今天的电池并不是这样工作的。”



这一特性从2013年开始就以数学方式被预测，2022年展示了部分版本。这里的新进展是完整的循环：团队找到了将存储的能量作为电流释放的方法，而之前的量子电池实验没有实现。该设备还在室温下运行——这是一个相较于来自中国和西班牙的竞争超导方法的实际优势，后者需要极低温冷却。

直接应用并不是您的电动汽车或类似设备。原型的总容量以十亿分之一电子伏特来衡量——在现实世界中足够为任何东西供电。 但量子计算机就是另一个故事。这些系统已经比大多数预期的要快得多，而且它们有一个特定的能量问题：它们脆弱的量子状态需要一致地提供电力，而没有传统电子设备引入的噪声。量子电池以这些处理器所使用的相同量子语言进行充放电。

“量子电池可以以最低的能量成本为量子计算机提供一致的能量，”昆士兰大学量子技术实验室负责人安德鲁·怀特教授说，他并没有参与该研究，告诉《新闻数字》。

CSIRO已经在寻求开发合作伙伴，包括电动汽车制造商和深科技投资者，以推动研究向前发展。理论在硬件上领先了一 decade。硬件刚刚赶上。

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