全球首個量子電池問世，完全反直覺：容量越大，充的越快？

在傳統認知中，電池的容量越大，充電所需的時間通常就越長，無論是手機、電動車還是儲能電站，都受制于這一經典物理規律的束縛。然而，來自澳大利亞國家科學機構CSIRO的科學家近期卻實現了“電池體積越大，充電速度越快”的反直覺突破，他們成功研制出世界上首個具備完整充放電循環的量子電池原型，這一成果發表于國際權威期刊《Light: Science & Applications》。

這項技術的理論基礎源自量子物理學家們早先提出的設想：微觀粒子在特定條件下可以表現出集體協同行為。具體來說，就是假設你的量子電池有N個存儲單元，每個單元充電需要1秒，通過集體協同，如果所有單元同時充電，每個單元的充電時間將縮短至1/√N秒。

因此，該原型電池的核心構造并不像傳統電池那樣依賴鋰離子等化學物質的氧化還原反應，而是基于一種名為“微腔”的精密光學結構。研究團隊將含有大量有機半導體分子的材料置于由鏡面構成的微腔中，通過精確設計，使這些分子與微腔內的光場發生強烈的相互作用。在這種量子態下，無數個分子不再是孤立地各自吸收能量，而是像一個巨大的“超級分子”一樣協同工作，這種量子集體效應被稱為“超吸收”。

實驗數據顯示，隨著電池中活性分子數量的增加，其吸收光能的速率非但沒有下降，反而呈現超線性增長，意味著量子電池確實是尺寸越大，充電速度越快，完全符合量子物理學家的預測。

但實際上這并不是該現象第一次被證實，早在2022年該團隊就已經建立了可以證明超吸收現象的量子電池原型，只不過當時的電池有一個關鍵的缺陷：無法將能量提取出來。

而在此次實驗中，研究人員使用激光作為“充電器”，當光脈沖照射到微腔內時，分子集體在飛秒（10?1?秒）這一極短的時間尺度內完成了能量吸收，并將能量暫時存儲在分子的亞穩態中，隨后又通過引入專門的電荷傳輸層，將這些被捕獲的能量轉化為電流引出，成功實現了“充電—存儲—放電”的完整循環。

所以這是人類首次在實驗裝置上驗證了量子電池不僅能快速吸收能量，還能將其以電能的形式釋放，證明了其作為真實電源器件的可行性。盡管目前的量子電池原型還處于實驗室的初級階段，其存儲的能量只能維持極短的時間（納秒量級），且能量容量尚小，無法立即應用于手機或電動汽車，但它在原理上的突破具有里程碑意義。

CSIRO 團隊指出，這種利用量子效應瞬間完成能量吞吐的特性，使其在未來極有可能成為量子計算機、微型傳感器等低功耗、高精度設備的理想電源，甚至是利用環境光進行無線充電的新型供能器件。

文章來源于EDN電子技術設計，作者EDN電子技術設計

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