“快充”还不够，澳大利亚实践“秒充”量子电池

2013年美国高通公司首次实现了手机“快充”技术。如今，手机充满电的时间已经从“一整晚”缩短为了“一小时”。但一小时对于科学界来说，似乎还是太长了。

7月20日，量子物理学专家詹姆斯·夸克（James Quach）博士，以访问学者的身份加入澳大利亚阿德莱德大学，推进量子电池的实用化。

夸克博士毕业于墨尔本大学，曾分别在东京大学和墨尔本大学担任研究员。量子电池是一种理论上具有瞬时充电能力的超级电池，这个概念于2013年首次提出。

研究证明，在充电过程中，与没有纠缠的量子相比，纠缠量子在低能态和高能态之间通过的距离更短。量子比特越多，纠缠越强，产生的“量子加速”就能使充电过程越快。假设1个量子比特充电要1小时，6个量子比特就只需10分钟。

“如果有1万个量子比特，那么不到一秒钟就可以充满电。”夸克博士表示。

量子物理研究的是在原子和分子层面的运动规律，因此普通物理无法解释量子层面的粒子运动规律。而量子电池这听上去“反常理”的特性，依靠的就是量子特殊的“纠缠性”得以实现。

量子纠缠指的是几个粒子在相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，因此无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质。

“正是由于（量子）纠缠，才有可能加快电池充电的过程。”夸克博士说。

然而量子电池的实用化还有两个已知问题未解决：量子的退相干、储电量过小。

量子纠缠对环境的要求极高，即低温和孤立系统。而典型量子系统并不是孤立系统，不可能保持量子态这么长时间。只要这些条件改变，就会使量子与外部环境发生作用而使量子相干性衰减，即“退相干”效应，那么量子纠缠就会消失。

针对量子电池的储电量，意大利物理学家约翰·古尔德曾于2015年表示：“量子系统的储电量比日常用电设备小好几个数量级。我们只是从理论上证明了在给一个系统输入能量时，量子物理能带来加速。”

即便还有难题待解决，夸克博士依然对量子电池实用化充满信心。他表示： “大部分物理学家应该和我想得一样，认为量子电池是属于我们‘跳一跳就能够得到’的应用技术。”

夸克博士的第一个目标是扩展量子电池的理论，在实验室里构建一个有利于量子纠缠所需的环境，制造第一个量子电池。

一旦成功推进实用化，量子电池将替代手机等小型电子设备所使用的传统电池。如果能生产容量足够大的量子电池，就能为新能源汽车等使用可再生能源驱动的大型设备服务。