充電似加油：BIS科學家指出“全局操作”是實現未來量子充電優勢的關鍵

當前超充成本高不可攀，且仍需 20~40 分鐘才能充滿。

韓國基礎科學研究所（IBS）的研究人員表示：未來量子電池技術有望讓 EV 充電加速 200 倍，家充從 10 小時縮短至 3 分鐘左右、充電站更是可從 30 分鐘縮短至 9 秒！

具體說來是，IBS 科學家們將目光放到了神秘的量子物理學領域。新研究發現，量子技術有望掀開以更快速度為電池充電的新篇章。

其實早在 2012 年發表的一篇開創性論文中，Alicki 和 Fannes 就已經提出過所謂的‘量子電池’概念。

當前的大容量電動汽車，已經在內部集成了大量的電池。但在經典方案中，每一組電池都是彼此相對獨立地在那充電的。

但若能夠利用糾纏等量子特性，便可讓電池產生集體（并發）行為、以極大地加速電池的充電過程。

基于此，研究人員提出了所謂的“量子充電優勢”作為衡量標準。后來到 2017 年的時候，人們開始注意到其背后有兩個可能的來源。

其一是“全局操作”，即所有電芯同時與所有其它電芯溝通（坐在同一張桌子旁），另一種則是 all-to-all 耦合（每個電芯都能夠與另一個溝通，且同時僅限這一對）。

最近，BIS 復雜系統理論物理中心的科學家們，在《Quantum Charging Advantage Cannot Be Extensive Without Global Operations》一文中進一步探索了上述問題。

《物理評論快報》（PDF）編輯指出，該論文表明，all-to-all 耦合在量子電池系統中是無關緊要的、全局操作才是其量子優勢的唯一存在因素。

研究團隊進一步查明了這種優勢的確切來源、同時排除了任何其它可能性，甚至提供了一種設計此類電池的明確方法。

此外為了精確量化該方案能夠實現多快的充電速率，盡管最大充電速度會隨著電池數量而線性增長，但研究表明 —— 采用全局操作的“量子電池”方案，可實現充電速度的“二次縮放”（Quadratic Scaling）。

以某款內置了大約 200 組電池的經典電動汽車為例，新量子充電方案有望帶來 200 倍的充電速度提升，意味著家充效率可從10 小時銳減至大約 3 分鐘、而高速充電樁更是可從 30 分鐘減少至僅幾秒鐘。

當然，這項技術的理論仍處于早期起步階段，距離實際投入使用還有很長一段路要走。即便如此，它還是有望在核聚變發電等領域發揮極其深遠的影響，因其需要在產生大量能量的瞬間實現充放電。