澳大利亚科研团队近日宣布，他们首次制成了一种可以通过量子力学规律完成“充电—储能—放电”全流程的量子电池原型，被认为是从理论构想到实际器件的重要里程碑。 这一成果由澳大利亚国家科研机构CSIRO物理学家詹姆斯·夸奇（James Quach）领导完成，并发表于期刊《Light: Science & Applications》，被研究团队称作“概念验证级”的纳米级电源单元，标志着量子电池从纸面模型走向真实器件。
与体积越大越难快速充电的传统电池不同，这一量子电池利用了所谓“集体效应”：多个量子单元之间发生协同作用，使得系统在单元数量增加时，反而可以实现更快的充电速度。 这一看似反直觉的机制早在十年前就已在理论上提出，如今首次在硬件层面得到实验证实。
此前，夸奇团队已经在早期工作中证明，量子单元之间可以以“集体方式”共享能量，但如何在能量存储后将其有效取出，一直是走向实用化的关键难题。 新装置在结构设计上解决了这一问题，实现了可控地将存储的量子态能量重新释放出来，为后续应用奠定技术基础。
在此次实验中，量子电池采用激光进行无线充电，完成充满状态只需飞秒级时间——即千万亿分之一秒的时间量级。 更重要的是，它能够在纳秒级时间内保持储存能量，其存储时间比充电时间长了约六个数量级；按研究者类比，如果把这一比例放大到宏观尺度，相当于一块充电一分钟的电池可以保持电量数年之久。
目前，这一原型装置的容量只有数十亿电子伏特，远不足以驱动任何现实中的电子设备。 夸奇表示，当前的核心任务，是继续延长能量在量子电池中的可保持时间，以便在通讯电子等实际场景中实现稳定供能；要让能量在足够长的时间尺度内保持量子相干，是走向工程化的前提。
业内专家认为，量子电池在短期内最有前景的应用，并非是直接替代传统锂电池，而是率先服务于量子计算机等前沿装置。 由于量子计算系统对能量供给的精度和扰动极为敏感，一种能够以“相干”方式输送能量的电源，有望显著降低噪声、提升系统稳定性。
未参与该项目的澳大利亚昆士兰大学量子技术实验室负责人安德鲁·怀特（Andrew White）在接受媒体采访时评价称，这项成果“非常漂亮地表明，量子电池不再只是一个想法，而是已经变成了一个可运行的原型”。 他认为，这使得量子电池从抽象的理论讨论，迈入可持续优化和工程放大的阶段。
从更长远的角度看，这一实验展示了一类全新超高速充电装置的可能性，它们未来或将为高性能处理器等先进电子系统供能，甚至为移动中的设备实现远距离无线充电。 夸奇设想，未来的无人机或车辆在执行任务时，可在运动过程中通过量子控制的光源补充能量，其内部量子电池边运行边被无线“点亮”，从而突破传统电源在补能速度和方式上的限制。