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）。

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。

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。