传统电池是平行充电的。相比之下，量子电池被当作一个整体同时充电。视觉中国供图
近年来飞速发展壮大的电动汽车，令电力这一可再生能源载体受到全球广泛关注，但依靠电池供电的电动汽车依然存在亟待解决的短板：一方面，电动汽车电池的能量密度比碳氢化合物低得多，导致电池续航时间较短；另一方面，电池充电速度仍被诟病，既跟不上用户需求，也达不到加油站的加油速度。为解决上述问题，科学家们正在向神秘的量子物理学领域寻找答案。
近日，日本东京大学的科学家在《物理评论快报》杂志发表论文指出，量子电池是一种利用量子效应的储能设备，可以绕过传统因果关系规则提升充电效率，在此基础上进一步提升量子电池充电效率的新规则。
在经典世界中，因果分别代表原因和结果，先有原因的发生，而后才出现结果。一般来说，因果关系只有一个方向，例如杯子跌落会导致破碎，但反过来则不成立。但在量子尺度上，不可能判断这种因果关系的走向，这种量子现象被称为不定因果序。设想这样一个场景，小赵和小汪在做饭时，不幸意外接踵而来：小赵不小心摔掉了一个盘子，这声音把小汪吓了一跳，导致炉子烫伤自己并大叫起来；然而在另一个版本中，小汪烫伤了自己，由于大声尖叫，导致小赵摔掉了一个盘子。诸如这些说不清因果的事情，却时时刻刻发生在量子电池内。
量子电池的概念10年前首次正式提出，目前世界上已有几个团队正在对其进行研发。以应用广泛的锂离子电池为例，它是以锂离子作为传输媒介，存储的是电子和离子的能量，而量子电池存储的是光子的能量，维度更小。
量子与经典粒子不同，经典粒子的状态是单一固定的，而量子可以同时处于多个状态的叠加之中。量子也可以影响其他孤立的量子。一个量子的状态会立即影响其他量子的状态，无论相距多远，这种现象就是所谓的“量子纠缠”。这种特性在充电时表现得更加明显。锂离子电池是依靠锂离子一个接一个地从低能量跳到高能量，而量子电池的粒子发生纠缠后，可以集体从低能态同时移动到高能态。发生“量子纠缠”的粒子越多，充电速度就越快。韩国科学家曾做过尝试，结果显示充电速度可以提升200倍，这意味着一辆10小时充满的电动汽车将缩短至9秒。
日本科学家在此基础上进一步发现提升量子电池充电效率的新规则。简单地说，传统的锂离子电池要获得更高的能量和更快的充电速度，往往要依靠更高功率的充电器，而量子电池里低功率的充电器却可以为电池带来更高的电量和充电效率。这样看似悖论的结果却真实地发生在量子世界。
可以想象，这种扭转因果的效应或许发现新一代低功耗设备充电以外的用途。太阳能电池板发电效率取决于光的强度，但更高的光的强度使得电池板热量升高，从而降低效率，量子电池或许会实现两者之间的平衡，甚至将热量转化为优势。随着技术进一步成熟，量子电池有望应用于需要高功率充电放电的场景中，如军事设备、应急响应装置等，可以极大缩短能量转移所需要的时间，加快响应速度。
尽管量子技术仍处于起步阶段，要实现这些技术的实际应用还有很长的路，但这些研究可以激励机构和企业进一步投资量子技术。量子电池如果得以应用，它将彻底改变我们使用能源的方式，有助于实现可持续发展。
（作者系远景科技集团工程师）
责任编辑：魏敏
