一塊比指甲還小的量子電池，正在悄然改寫儲能行業(yè)的技術邊界。澳大利亞墨爾本大學研究團隊于2025年3月13日在學術期刊《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）上發(fā)表論文，報告了一項突破性概念驗證：他們制造出一塊微型量子電池原型，利用激光脈沖在一飛秒（即10的負15次方秒，約合一千萬億分之一秒）內(nèi)完成充電，隨后將能量保持數(shù)十納秒——儲能時長是充電時長的百萬倍。

研究團隊指出，若以此比例推算至宏觀尺度，一塊充電僅需一分鐘的量子電池，理論上可保持充電狀態(tài)數(shù)年之久。這一估算由澳大利亞國家科學機構聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）科學負責人詹姆斯·匡奇（James Quach）提出。盡管目前仍是實驗室階段，但這是量子電池首次從純理論框架邁入可觀測的物理實驗，意義不可小覷。

量子相干取代化學反應，儲能機制煥然一新

傳統(tǒng)鋰離子電池的工作原理依賴離子在正負極之間通過電解質(zhì)的遷移，本質(zhì)上是一套化學反應體系。量子電池則另辟蹊徑：能量不以化學鍵形式存儲，而是以電磁激發(fā)態(tài)的形式鎖定在相干分子之間。

所謂"量子相干"，是指一組粒子可以同時處于多個狀態(tài)的疊加，且彼此之間保持固定的相位關系，行為可預測。在量子電池內(nèi)部，這些相干粒子進一步發(fā)生量子糾纏——它們不再只是簡單對齊，而是作為一個更大系統(tǒng)的功能等同部分協(xié)同運作。這一特性帶來了一個關鍵優(yōu)勢：系統(tǒng)內(nèi)相干分子數(shù)量越多，能量吸收效率越高，充電速度反而隨電池體積增大而加快。換言之，量子電池的充電速度與電池規(guī)模正相關，徹底顛覆了傳統(tǒng)電池"越大越慢"的固有規(guī)律。

研究的物理基礎來自量子光學中的迪克模型（Dicke model）。該模型預測，當光與物質(zhì)的耦合強度超過某一臨界值時，系統(tǒng)會進入"超輻射"狀態(tài)——大量發(fā)射體集體在極短時間內(nèi)釋放出強烈光脈沖。量子電池正是借助這一機制，實現(xiàn)了能量的超快吸收（充電）與集中釋放（放電）。

有機半導體夾層與銀鏡微腔構成核心架構

原型裝置的物理結構精巧而層次分明：有機半導體薄層被夾置于兩面銀鏡之間，形成一個微型光學諧振腔——即"微腔"。這一密閉微空間能將光線反復折射，使光子在極小體積內(nèi)高強度振蕩，從而創(chuàng)造出迪克模型所要求的光-物質(zhì)強耦合環(huán)境，為超吸收效應的觸發(fā)奠定基礎。

在有機半導體層的上下兩側，研究人員還分別添加了空穴阻擋層與電子傳輸層，確保電子能夠在需要時順暢流向陰極和電極，使整套結構真正具備電池的充放電功能。Zui終，有機材料、銀鏡與量子效應三者融為一體，構成了這塊前所未有的量子儲能器件。

實驗在墨爾本大學超快光譜與微光譜實驗室完成。研究人員向裝置發(fā)射一束帶寬為31納米、持續(xù)時間僅一飛秒的激光脈沖，成功在分子內(nèi)誘導出激發(fā)態(tài)，該激發(fā)態(tài)隨后維持了數(shù)十納秒。測試結果證實，量子電池可完成充電、儲能與放電的完整循環(huán)，全程依托量子力學效應運行。

去相干是走向?qū)嵱没腪ui大攔路虎

論文合著者、墨爾本大學物理化學副教授詹姆斯·哈欽森（James Hutchinson）坦言，量子電池的充電速度、能量密度與耐用性理論上均可遠超傳統(tǒng)電池，但技術商業(yè)化面臨一道硬門檻：去相干問題。

量子相干極其脆弱，環(huán)境中的熱噪聲、電磁干擾乃至微小振動都可能打破分子間的量子態(tài)一致性，導致儲存的能量迅速耗散。如何在宏觀尺度上抑制去相干、維持系統(tǒng)的量子特性，是下一階段研究的核心課題。若這一障礙無法逾越，量子電池將永遠止步于實驗室，無緣實際應用。

研究團隊已將擴大規(guī)模列為下一步目標。一旦實現(xiàn)規(guī)?；胰ハ喔蓡栴}得到有效控制，應用前景極為廣泛：激光空中充電可為無人機或電動飛行器在飛行途中補能；電動重型車輛可告別漫長充電等待；偏遠地區(qū)的分布式儲能系統(tǒng)也將獲得全新解決方案。昆士蘭大學量子技術實驗室負責人安德魯·懷特（Andrew White）則另辟蹊徑，認為量子電池為量子計算機提供極低能耗供電，可能是更近期的落地方向。

從全球儲能技術的競爭格局來看，中國在固態(tài)電池、鈉離子電池等新興路線上已積累深厚的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢。量子電池雖距商業(yè)化尚遠，但其"越大越快"的反常規(guī)充電特性、以及潛在的超高能量密度，正是重型裝備和航空電動化場景中久未攻克的痛點。國內(nèi)科研機構和電池企業(yè)不妨提前布局量子相干材料與微腔制造工藝的基礎研究，在這場可能改寫儲能版圖的技術競賽中，占據(jù)先手。