BIS科学家指出“全局操作”是实现未来量子充电优势的关键

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考虑到需求的不断增长、以及化石燃料的有限性,无论是光伏还是聚变能源,人类文明终将在某个时刻转向主要依靠可再生能源的未来。目前业界普遍选择的,是基于电池储能的新能源汽车方案。不过最影响此类交通工具普及的,就是续航焦虑和充电等待时间太长。好消息是,在 3 月 21 日发表于《物理评论快报》的一篇文章中,已有研究人员介绍了可让充电加速 200 倍的新路线。

充电似加油:BIS科学家指出“全局操作”是实现未来量子充电优势的关键

当前超充成本高不可攀,且仍需 20~40 分钟才能充满。

韩国基础科学研究所(IBS)的研究人员表示:未来量子电池技术有望让 EV 充电加速 200 倍,家充从 10 小时缩短至 3 分钟左右、充电站更是可从 30 分钟缩短至 9 秒!

具体说来是,IBS 科学家们将目光放到了神秘的量子物理学领域。新研究发现,量子技术有望掀开以更快速度为电池充电的新篇章。

其实早在 2012 年发表的一篇开创性论文中,Alicki 和 Fannes 就已经提出过所谓的‘量子电池’概念。

当前的大容量电动汽车,已经在内部集成了大量的电池。但在经典方案中,每一组电池都是彼此相对独立地在那充电的。

但若能够利用纠缠等量子特性,便可让电池产生集体(并发)行为、以极大地加速电池的充电过程。

基于此,研究人员提出了所谓的“量子充电优势”作为衡量标准。后来到 2017 年的时候,人们开始注意到其背后有两个可能的来源。

其一是“全局操作”,即所有电芯同时与所有其它电芯沟通(坐在同一张桌子旁),另一种则是 all-to-all 耦合(每个电芯都能够与另一个沟通,且同时仅限这一对)。

充电似加油:BIS科学家指出“全局操作”是实现未来量子充电优势的关键

最近,BIS 复杂系统理论物理中心的科学家们,在《Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations》一文中进一步探索了上述问题。

《物理评论快报》(PDF)编辑指出,该论文表明,all-to-all 耦合在量子电池系统中是无关紧要的、全局操作才是其量子优势的唯一存在因素。

研究团队进一步查明了这种优势的确切来源、同时排除了任何其它可能性,甚至提供了一种设计此类电池的明确方法。

充电似加油:BIS科学家指出“全局操作”是实现未来量子充电优势的关键

此外为了精确量化该方案能够实现多快的充电速率,尽管最大充电速度会随着电池数量而线性增长,但研究表明 —— 采用全局操作的“量子电池”方案,可实现充电速度的“二次缩放”(Quadratic Scaling)。

以某款内置了大约 200 组电池的经典电动汽车为例,新量子充电方案有望带来 200 倍的充电速度提升,意味着家充效率可从10 小时锐减至大约 3 分钟、而高速充电桩更是可从 30 分钟减少至仅几秒钟。

当然,这项技术的理论仍处于早期起步阶段,距离实际投入使用还有很长一段路要走。即便如此,它还是有望在核聚变发电等领域发挥极其深远的影响,因其需要在产生大量能量的瞬间实现充放电。

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