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無論是光伏還是核聚變,,人類文明遲早轉(zhuǎn)向可再生能源,。
考慮到人類不斷增長(zhǎng)的能源需求和化石燃料的有限性,,這是不可避免的,。
因此,,為了開發(fā)替代能源,,人們已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究,,其中大部分利用電力作為主要的能源載體,。
最近最引人注目的變化是電動(dòng)汽車的迅速采用,。在10年前,道路上幾乎看不到電動(dòng)汽車,,而現(xiàn)在每年有數(shù)百萬輛電動(dòng)汽車被售出,。
電動(dòng)汽車市場(chǎng)是增長(zhǎng)最迅速的行業(yè)之一,它也推動(dòng)埃隆-馬斯克成為世界上最富有的人,。
然而,,電動(dòng)汽車的電池存儲(chǔ)技術(shù)是必須解決的主要技術(shù)瓶頸之一。
盡管電池技術(shù)有了巨大的改進(jìn),,今天,,電動(dòng)汽車的消費(fèi)者面臨著另一個(gè)困難——電池充電速度慢。
目前,,汽車需要大約10個(gè)小時(shí)才能完全充電,,即使是充電站的超級(jí)充電器也需要長(zhǎng)達(dá)20-40分鐘才能為車輛完全充電。這給客戶帶來了額外的成本和不便,。
為了解決這個(gè)問題,,科學(xué)家在神秘的量子物理學(xué)領(lǐng)域?qū)ふ掖鸢浮?br />
他們的探索導(dǎo)致發(fā)現(xiàn),量子技術(shù)可能以更快的速度為電池充電,�,?茖W(xué)家Alicki和Fannes在2012年發(fā)表的一篇開創(chuàng)性論文中首次提出了這種“量子電池”的概念。
理論上,,量子資源,,如糾纏,可以通過以集體方式同時(shí)對(duì)電池內(nèi)的所有電池進(jìn)行充電來大大加快電池的充電過程,。
這尤其令人振奮,。這種集體充電在傳統(tǒng)電池中是不可能的,因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)電池中,,電池是彼此獨(dú)立地平行充電的,。
這種集體充電與平行充電的優(yōu)勢(shì)可以通過稱為“量子充電優(yōu)勢(shì)”的比率來衡量。
后來,,大約在2017年,,人們注意到這種量子優(yōu)勢(shì)背后可能有兩個(gè)來源,即“全局操作”(所有的細(xì)胞同時(shí)與其他所有的細(xì)胞交談,,即“所有的人坐在一張桌子上”)和“全耦合”(每個(gè)細(xì)胞可以與其他每個(gè)細(xì)胞交談,,即“許多討論,,但每個(gè)討論只有兩個(gè)參與者”)。
然而,,目前還不清楚這兩個(gè)來源是否是必要的,,以及可以實(shí)現(xiàn)的充電速度是否有任何限制。
最近,,基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)內(nèi)的科學(xué)家們進(jìn)一步探索了這些問題,。研究論文表明,在量子電池中用全耦合是不合適的,,而全局操作的存在是量子領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),。該小組進(jìn)一步指出了這種優(yōu)勢(shì)的確切來源,同時(shí)排除了其他可能性,,甚至提供了設(shè)計(jì)這種電池的明確方法,。
此外,該小組還能夠精確地量化在這種方案中可以實(shí)現(xiàn)多少充電速度,。雖然最大充電速度隨著經(jīng)典電池中電池?cái)?shù)量的增加而線性增長(zhǎng),,但研究表明,采用全局操作的量子電池可以實(shí)現(xiàn)充電速度的二次擴(kuò)展,。
為了說明這一點(diǎn),,科學(xué)家拿典型的電動(dòng)汽車為例,其電池包含約200個(gè)單元,。采用這種量子充電將使充電速度快200倍,,這意味著在家里的充電時(shí)間將從10小時(shí)縮短到約3分鐘。在高速充電站,,充電時(shí)間將從30分鐘縮短到僅僅幾秒鐘,。
研究人員說,,量子充電的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出電動(dòng)汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品,。例如,它可能在未來的聚變電站中找到關(guān)鍵用途,,因?yàn)榫圩冸娬拘枰谒查g充放電的大量能量,。當(dāng)然,量子技術(shù)仍然處于起步階段,,在這些方法能夠在實(shí)踐中實(shí)施之前,,還有很長(zhǎng)的路要走。
然而,,像這樣的研究結(jié)果創(chuàng)造了一個(gè)有希望的方向,,可以激勵(lì)投資機(jī)構(gòu)和企業(yè)進(jìn)一步投資于這些技術(shù)。
如果被采用,,相信量子電池將徹底改變?nèi)藗兪褂媚茉吹姆绞�,,并向可持續(xù)發(fā)展的未來邁進(jìn),。
前瞻網(wǎng)
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