7月20日，量子物理學(xué)專家詹姆斯·夸克(James Quach)博士，以訪問(wèn)學(xué)者的身份加入澳大利亞阿德萊德大學(xué)，推進(jìn)量子電池的實(shí)用化。

夸克博士畢業(yè)于墨爾本大學(xué)，曾分別在東京大學(xué)和墨爾本大學(xué)擔(dān)任研究員。量子電池是一種理論上具有瞬時(shí)充電能力的超級(jí)電池，這個(gè)概念于2013年首次提出。

研究證明，在充電過(guò)程中，與沒(méi)有糾纏的量子相比，糾纏量子在低能態(tài)和高能態(tài)之間通過(guò)的距離更短。量子比特越多，糾纏越強(qiáng)，產(chǎn)生的“量子加速”就能使充電過(guò)程越快。假設(shè)1個(gè)量子比特充電要1小時(shí)，6個(gè)量子比特就只需10分鐘。

“如果有1萬(wàn)個(gè)量子比特，那么不到一秒鐘就可以充滿電。”夸克博士表示。

量子物理研究的是在原子和分子層面的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此普通物理無(wú)法解釋量子層面的粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律。而量子電池這聽(tīng)上去“反常理”的特性，依靠的就是量子特殊的“糾纏性”得以實(shí)現(xiàn)。

量子糾纏指的是幾個(gè)粒子在相互作用后，由于各個(gè)粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，因此無(wú)法單獨(dú)描述各個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)。

“正是由于(量子)糾纏，才有可能加快電池充電的過(guò)程。”夸克博士說(shuō)。

然而量子電池的實(shí)用化還有兩個(gè)已知問(wèn)題未解決：量子的退相干、儲(chǔ)電量過(guò)小。

量子糾纏對(duì)環(huán)境的要求極高，即低溫和孤立系統(tǒng)。而典型量子系統(tǒng)并不是孤立系統(tǒng)，不可能保持量子態(tài)這么長(zhǎng)時(shí)間。只要這些條件改變，就會(huì)使量子與外部環(huán)境發(fā)生作用而使量子相干性衰減，即“退相干”效應(yīng)，那么量子糾纏就會(huì)消失。

針對(duì)量子電池的儲(chǔ)電量，意大利物理學(xué)家約翰·古爾德曾于2015年表示：“量子系統(tǒng)的儲(chǔ)電量比日常用電設(shè)備小好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。我們只是從理論上證明了在給一個(gè)系統(tǒng)輸入能量時(shí)，量子物理能帶來(lái)加速。”

即便還有難題待解決，夸克博士依然對(duì)量子電池實(shí)用化充滿信心。他表示： “大部分物理學(xué)家應(yīng)該和我想得一樣，認(rèn)為量子電池是屬于我們‘跳一跳就能夠得到’的應(yīng)用技術(shù)。”

夸克博士的第一個(gè)目標(biāo)是擴(kuò)展量子電池的理論，在實(shí)驗(yàn)室里構(gòu)建一個(gè)有利于量子糾纏所需的環(huán)境，制造第一個(gè)量子電池。

一旦成功推進(jìn)實(shí)用化，量子電池將替代手機(jī)等小型電子設(shè)備所使用的傳統(tǒng)電池。如果能生產(chǎn)容量足夠大的量子電池，就能為新能源汽車(chē)等使用可再生能源驅(qū)動(dòng)的大型設(shè)備服務(wù)。