澎湃新闻见习记者 徐路易
2013年美国高通公司首次实现了手机“快充”技术。如今,手机充满电的时间已经从“一整晚”缩短为了“一小时”。但一小时对于科学界来说,似乎还是太长了。7月20日,量子物理学专家詹姆斯·夸克(James Quach)博士,以访问学者的身份加入澳大利亚阿德莱德大学,推进量子电池的实用化。
夸克博士毕业于墨尔本大学,曾分别在东京大学和墨尔本大学担任研究员。量子电池是一种理论上具有瞬时充电能力的超级电池,这个概念于2013年首次提出。
研究证明,在充电过程中,与没有纠缠的量子相比,纠缠量子在低能态和高能态之间通过的距离更短。量子比特越多,纠缠越强,产生的“量子加速”就能使充电过程越快。假设1个量子比特充电要1小时,6个量子比特就只需10分钟。
“如果有1万个量子比特,那么不到一秒钟就可以充满电。”夸克博士表示。
量子物理研究的是在原子和分子层面的运动规律,因此普通物理无法解释量子层面的粒子运动规律。而量子电池这听上去“反常理”的特性,依靠的就是量子特殊的“纠缠性”得以实现。
量子纠缠指的是几个粒子在相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,因此无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质。
“正是由于(量子)纠缠,才有可能加快电池充电的过程。”夸克博士说。
然而量子电池的实用化还有两个已知问题未解决:量子的退相干、储电量过小。
量子纠缠对环境的要求极高,即低温和孤立系统。而典型量子系统并不是孤立系统,不可能保持量子态这么长时间。只要这些条件改变,就会使量子与外部环境发生作用而使量子相干性衰减,即“退相干”效应,那么量子纠缠就会消失。
针对量子电池的储电量,意大利物理学家约翰·古尔德曾于2015年表示:“量子系统的储电量比日常用电设备小好几个数量级。我们只是从理论上证明了在给一个系统输入能量时,量子物理能带来加速。”
即便还有难题待解决,夸克博士依然对量子电池实用化充满信心。他表示: “大部分物理学家应该和我想得一样,认为量子电池是属于我们‘跳一跳就能够得到’的应用技术。”
夸克博士的第一个目标是扩展量子电池的理论,在实验室里构建一个有利于量子纠缠所需的环境,制造第一个量子电池。
一旦成功推进实用化,量子电池将替代手机等小型电子设备所使用的传统电池。如果能