環(huán)球零碳

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撰文 | Shushu

編輯 | 小瀾

→這是《環(huán)球零碳》的1920篇原創(chuàng)

如果有一天，手機、電動車可以在一秒內(nèi)完成充電，聽起來像科幻。但現(xiàn)在，量子電池正在讓這件事變得有可能。

澳大利亞科學家日前開發(fā)了全球首款量子電池原型。這款電池讓一個反常識的物理定律變成現(xiàn)實：電池越大，充電反而越快！

量子電池這一概念最早在2013年被提出。傳統(tǒng)鋰電池通過化學反應存儲能量，量子電池則基于量子力學原理，在量子系統(tǒng)中按需傳遞、存儲和釋放能量。

如今，澳大利亞國家科學機構CSIRO Quach團隊已經(jīng)制造出第一個能夠完成完整電池循環(huán)的原型裝置。它可以通過激光進行無線充電，科學家們認為這是邁向具備超快充電能力、真正可用的量子電池的重要一步。

在傳統(tǒng)鋰電池中，體積越大，充電時間越長。打個比方，鋰電池就像用一堆小推車去運貨，車越多（電池越大），要把所有車裝滿貨的時間就越長（充電時間越長）。這也是為什么手機大約需要30分鐘充滿，而電動車往往需要一整晚。

相比之下，量子電池具有一個非常奇特的特性，叫做“集體效應”。當量子電池由更多單元組成時，它的充電速度會隨著單元數(shù)量N的增加而提升，其充電時間可以縮短至與 1/N 或 1/√N 成比例的量級。

這意味著量子電池越大，充電所需時間就越短。如果電池容量翻倍，充電時間將縮短一半多一點。

圖說：微型量子電池

來源：CSIRO

Quach團隊早在2022年就已經(jīng)證明了這一特性，但當時的原型無法釋放能量，不能完成整個電池循環(huán)。

而這次發(fā)表在《Light: Science & Applications》期刊上的新原型實現(xiàn)了這一突破，其充電時間達到飛秒級（10?1?秒），儲能時間達到納秒級（10??秒），相比之前提升了六個數(shù)量級。

不過目前該原型電池的容量仍然非常小，僅為幾十億電子伏特，還不足以為任何實際設備供電。研究人員表示，下一步的目標是延長儲能時間。

昆士蘭大學量子技術實驗室負責人安德魯·懷特評價稱，這是一項非常出色的工作，證明量子電池已經(jīng)不再只是概念，而是一個真實的原型。未來如果量子電池發(fā)展成熟并實現(xiàn)幾乎瞬時充電，它們可能會帶來新的應用場景，人們不再需要前往加油站或充電站，可以在移動中完成充電。例如在飛行中為無人機充電，或者在行駛過程中為汽車補能。

法國前沿科學洞察網(wǎng)曾指出，量子電池可以作為小型離網(wǎng)能源，也可為物聯(lián)網(wǎng)設備供電。同時，由于充電和存儲功能集成在一個系統(tǒng)中，更易于集成和使用。

值得一提的是，去年特斯拉公布了其量子電池技術，稱該技術將使特斯拉新款電動汽車續(xù)航能力突破2000公里并且還支持“閃充”功能，只需要15分鐘即可充滿80%的電量。

馬斯克稱量子電池技術突破了鋰離子電池的物理限制，通過結合量子隧穿效應和超級電容技術，將電池能量密度提高近8倍。

美國汽車工程師學會獨立測試顯示，搭載量子電池的特斯拉Model S在綜合工況下，續(xù)航里程可達1980公里，較目前市面上的電動汽車提升近3倍。

不過相比于這些場景，更值得關注的是，量子電池在量子計算機上面的應用，因為量子電池可以以相干方式提供能量，并以更低的能耗支持計算系統(tǒng)運行。

一般來說，量子計算機通常需要房間大小、耗能巨大的低溫冷卻系統(tǒng)，以及室溫電子設備系統(tǒng)。這些基礎設施和能源需求是擴大量子計算機規(guī)模的最大障礙，限制了量子計算機的規(guī)模和處理能力，并減緩了量子計算機的市場化進程。

研究團隊通過量子電池為量子計算機供電，將其作為計算機的“內(nèi)部油箱”。這一創(chuàng)新架構不僅有望使量子計算機的量子比特容量翻4倍，還能顯著降低對龐大能源基礎設施的依賴，計算機內(nèi)部的量子電池就可以回收系統(tǒng)中的能量。

圖說：用量子電池為量子計算供能

來源：thequantuminsider

另外，這項研究還揭示了一種被稱為“量子超擴展性”的現(xiàn)象，即量子比特的數(shù)量越多，計算機的運算速度就越快。這一特性表明，量子電池架構不僅能提升容量，還能有效提高計算速度。

研究團隊指出，這項研究是探索“量子能源”領域的重要一步，可能會從根本上重塑我們構建高效、可持續(xù)能源系統(tǒng)的方式。

現(xiàn)在，從全球來看，量子電池的研究還在開展中，科學界普遍認為，針對量子電池研發(fā)，找到恰到好處的能量水平并能夠簡單可靠進行管理、存儲和釋放是關鍵，因為物質(zhì)在量子物理學中的行為常常出人意料且難以預測。

麻省理工學院能源研究所教授羅伯特·湯普森表示：“量子效應在實驗室環(huán)境下表現(xiàn)良好，但在真實世界中仍然面臨穩(wěn)定性問題。極端溫度、震動等因素都可能影響量子態(tài)的維持?！?/p>

[1]https://www.theguardian.com/science/2026/mar/18/world-first-quantum-battery-australian-scientists-say

[2]https://thequantuminsider.com/2026/01/30/quantum-batteries-power-quantum-computers/

[3]量子客：量子電池革新量子計算：算力有望翻四倍，告別龐大冷卻系統(tǒng)

[4]中國能源報：這一研發(fā)提速，儲能版圖將重塑？

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