本文来自微信公众号：学术头条 （ID：SciTouTiao），作者：学术头条，题图来自：pixabay
随着电动车的普及，越来越多的消费者开始为充电而烦恼。就当前市面上的电动汽车而言，在家中充电桩充满电，大约需要 10 个小时。即使是前往专用的快速充电站，最快也需要 20-40 分钟才能为一辆车充满电。
显然，充电的不便，也让很多潜在消费者望电车止步。那么，有没有新的技术突破，来提高电车充电速度呢？
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给出了一个全新的技术解决方案——量子充电技术。使用量子充电技术，可将传统的电动汽车充电过程加速 200 倍，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。
后来，在 2017 年左右，人们注意到这种量子优势背后可能有两个可能的实现途径——即global operation（所有充电单元同时与所有其他单元面对面，即“都坐在一张桌子上”）和all-to-all coupling（每个充电单元都可以相互面对面，即“每个单元只有两个参与者”）。但是，尚不清楚这两种可能是否都是必要的，以及可以达到的充电速度是否有任何限制。
在最新发表的研究中，科学家们进一步探索了这些问题。这篇发表在《物理评论快报》杂志的论文表明，all-to-all coupling 在量子电池中是无关紧要的，global operation 的存在是量子优势的唯一因素。该小组进一步查明了这种优势的确切来源，同时排除了任何其他可能性，甚至提供了一种设计这种电池的明确方法。
此外，该小组精确量化了在该方案中可以实现多快的充电速度。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 global operation 的量子电池可以实现充电速度的指数增加。
为了说明这一点，研究人员假设一个传统的电动汽车，其电池包含大约 200 个电池单元。使用这种量子充电技术，充电速度将比传统电池加速 200 倍，这意味着在家充电时间将从 10 小时减少到大约 3 分钟。而通过快速充电站，充电时间将从 30 分钟缩短到几秒钟。
研究人员表示，这一技术方案的影响可能是深远的，量子充电的实现，可能远远超出电动汽车和消费电子产品领域。例如，它可能会在未来的核能发电厂中找到关键用途，因为这里需要大量的能量以实现瞬间充电和放电。
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，诸如此类的研究结果开辟了一个有希望的方向，并可以激励资助机构和企业进一步投资于这些技术。如果实现，相信量子电池将彻底改变我们使用能源的方式，并使我们更接近可持续未来。
参考资料：
https://arxiv.org/abs/2108.02491
https://www.eurekalert.org/news-releases/946882
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