全球首个量子电池问世，完全反直觉：容量越大，充的越快？

在传统认知中，电池的容量越大，充电所需的时间通常就越长，无论是手机、电动车还是储能电站，都受制于这一经典物理规律的束缚。然而，来自澳大利亚国家科学机构CSIRO的科学家近期却实现了“电池体积越大，充电速度越快”的反直觉突破，他们成功研制出世界上首个具备完整充放电循环的量子电池原型，这一成果发表于国际权威期刊《Light: Science & Applications》。

这项技术的理论基础源自量子物理学家们早先提出的设想：微观粒子在特定条件下可以表现出集体协同行为。具体来说，就是假设你的量子电池有N个存储单元，每个单元充电需要1秒，通过集体协同，如果所有单元同时充电，每个单元的充电时间将缩短至1/√N秒。

因此，该原型电池的核心构造并不像传统电池那样依赖锂离子等化学物质的氧化还原反应，而是基于一种名为“微腔”的精密光学结构。研究团队将含有大量有机半导体分子的材料置于由镜面构成的微腔中，通过精确设计，使这些分子与微腔内的光场发生强烈的相互作用。在这种量子态下，无数个分子不再是孤立地各自吸收能量，而是像一个巨大的“超级分子”一样协同工作，这种量子集体效应被称为“超吸收”。

实验数据显示，随着电池中活性分子数量的增加，其吸收光能的速率非但没有下降，反而呈现超线性增长，意味着量子电池确实是尺寸越大，充电速度越快，完全符合量子物理学家的预测。

但实际上这并不是该现象第一次被证实，早在2022年该团队就已经建立了可以证明超吸收现象的量子电池原型，只不过当时的电池有一个关键的缺陷：无法将能量提取出来。

而在此次实验中，研究人员使用激光作为“充电器”，当光脉冲照射到微腔内时，分子集体在飞秒（10⁻¹⁵秒）这一极短的时间尺度内完成了能量吸收，并将能量暂时存储在分子的亚稳态中，随后又通过引入专门的电荷传输层，将这些被捕获的能量转化为电流引出，成功实现了“充电—存储—放电”的完整循环。

所以这是人类首次在实验装置上验证了量子电池不仅能快速吸收能量，还能将其以电能的形式释放，证明了其作为真实电源器件的可行性。尽管目前的量子电池原型还处于实验室的初级阶段，其存储的能量只能维持极短的时间（纳秒量级），且能量容量尚小，无法立即应用于手机或电动汽车，但它在原理上的突破具有里程碑意义。

CSIRO 团队指出，这种利用量子效应瞬间完成能量吞吐的特性，使其在未来极有可能成为量子计算机、微型传感器等低功耗、高精度设备的理想电源，甚至是利用环境光进行无线充电的新型供能器件。

文章来源于EDN电子技术设计，作者EDN电子技术设计

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