全球首個量子電池原型揭秘 飛秒充電還有多遠

你有沒有過這樣的崩潰時刻：臨出門才發現手機沒電，只能插上超級快充，一邊心疼著電池壽命，一邊還要熬半小時等它充滿；又或者開電動汽車出游，親友們都在盡興玩樂，你卻要獨自去尋找充電樁，之后還要守在車旁熬幾小時等電量補滿？

可如果我告訴你，有一種電池能徹底終結這類煩惱——從0%到100%電量，充電可以“瞬間”完成，而且容量越大，充電反而越快，你敢信嗎？

最近，來自澳大利亞的CSIRO團隊就展示了全球首臺可完整充放電的量子電池原型機，能實現一種飛秒級（femtosecond，也叫毫微微秒，1飛秒是1秒的一千萬億分之一）的超快充電，用量子力學的集體效應打破了傳統電池的充電耗時規律。一旦應用，這種電池有望為量子計算機、無人機、電動汽車乃至日常手機提供全新動力方案，大幅提升其使用體驗，帶來一場顛覆認知的量子能源革命。

現有的電動車鋰電池，充電速度一般較為緩慢，而強行快充會縮短電池壽命

圖片來源：the rabbit * lapin

Part.1 容量越大充電越慢？量子電池：我偏不

傳統電池的底層邏輯早已刻進我們的固有印象：那就是容量越大，充電越慢。都不用快充模式的話，手機的充電功率較低，卻可以在2小時之內充滿，而電動汽車即便充電功率較高，也需要熬上一整夜才能充夠，這個看似天經地義的規律，如今卻被量子電池所挑戰。那么同樣是電池，為何二者的表現是相反的呢？

對于傳統鋰電池而言，它存儲能量是依靠電極材料中的離子嵌入/脫嵌過程和電解質中的電荷遷移來完成的。在充電時，電解質里的鋰離子需要像跑馬拉松一樣，從正極開始遷移并最終嵌入到負極的晶格中，當容量變大、化學反應面就會變多、電荷遷移的路徑（相當于馬拉松賽程的距離）也就會越長，這就導致充電時間會隨容量的增長而增加，因此在兼顧電池的容量和效率方面存在物理瓶頸。

但量子電池卻可以依托自身的量子力學特性，完全跳出化學電池的束縛——量子世界存在集體效應（超廣量效應）。在量子電池里，多個量子單元被封裝在一起時，會共同參與能量吸收，這些合作者之間還會出現一種耦合效應，讓每個量子單元都在“協作”的同時，暗中提升自己的效率，最終使得整體的能量傳遞效率呈超線性增長。

量子電池的層狀結構示意圖，各部分的原料和功能都做了標注

圖片來源：Hymas et al., Light: Sci. Appl., 2026

這就好比蜂群協同勞作——當少數蜜蜂外出時，它們彼此間相距很遠，難以有效地協作與交流，只能靠每個個體單干，所以采蜜效率平平；而當它們匯聚成龐大的蜂群后，個體之間的默契配合、分工聯動更容易實現，結果就是蜂群搜尋花蜜、搬運回巢的整體效率得以成倍暴漲，整體產出效果遠遠超出單只蜜蜂能力的簡單疊加，實現一種“一加一遠大于二”的協同增效效果。

在原型機中，這種集體效應帶來的充電效率提升成功抵消掉了儲電單元增加所帶來的時耗增加。最終使得整塊電池的充電速度隨著體積的增大而增加。

澳大利亞科學家在實驗室中研發量子電池原型

圖片來源：Stefan Stoev/CSIRO

Part.2 未來已來？飛秒快充+隔空充電齊上陣

既然是量子電池，沒點黑科技傍身豈不是太沒排面了？這就不得不提到研究團隊這次直接解鎖的兩大行業顛覆級“神技能”：飛秒級超快充電和激光無線充電。

你知道什么是飛秒嗎？那可是（10?1?秒）！這是什么概念呢？飛秒之于一秒，就好像一秒之于約3200萬年那樣。量子電池的原型機在這個時間尺度范圍內就可以完成充電，而儲能時間卻能達到納秒級別（10??秒）。兩者相差的可是整整6個數量級。雖然目前看來，這個儲電時間還遠不可能支持實際應用，但這個時間差其實為將來的技術放大提供了核心可能。將來若能將量子電池提升到應用級規模，理論上它的充電也可以實現幾乎“瞬間充滿”，出門前等著電動汽車、手機充電的經歷或將成為歷史。

光譜圖展現出量子電池充電后，激發態能量（紅色）可穩定儲存數十納秒，同時基態信號（藍色）同步恢復，這說明該儲能方案基本可行

圖片來源：Hymas et al., Light: Sci. Appl., 2026

除此之外，這種量子電池將來或許還可以適配一種新型充電裝置——高能激光。有了它，一些需要長時間遠程運作的設備，比如飛行中的無人機，就可以通過接受激光照射，直接“空中加電”，整個過程無需降落，也不用插線，實用性直接拉滿。至于未來的電動汽車，甚至可能在高速行駛的過程中，通過路邊的激光基站邊跑邊充，實現感知上的無限續航！

Part.3 原型雖“香”，離量產還有幾道坎？

盡管這款全球首個量子電池已經完成了完整的充放電流程，但畢竟，它目前還只是實驗室里的“初生寶寶”，距離真正走進咱們的手機和汽車，還有好幾關要闖呢！

首先是容量問題。目前原型機電池的容電量還特別迷你，儲能時間也短得可憐，首席研究員James Quach表示，目前的原型機僅能存儲數十億電子伏的能量，這點電量有多少呢？其實還不到一顆紐扣電池的千分之一——如果把手機充滿電需要的能量比作一個浴缸的水，那這臺量子原型機目前能儲存的能量，大概只有一滴水。

看起來十分精致的量子電池原型

圖片來源：CSIRO

其次是量產技術難題——到底該如何把現在這種精密的微腔結構放大到工業量產級別，同時保證量子集體效應所帶來的充電速度提升不被其他因素抵消掉呢？這仍然是個實打實的硬核問題！至于激光無線充電方案，我們至少還需要解決高功率激光照射的安全問題，總不能為了充電方便，就給大眾都配備殺傷性極強的“激光炮”吧？

用高能激光進行遠程充電必須解決好安全性問題，不然充電裝置就成武器裝置了

圖片來源：《星球大戰》

Part.4 未來產業前瞻：量子電池在2040年前難以替代鋰電池

?理論提出（2013年前后）?：波蘭科學家R. Alicki 和比利時科學家M. Fannes 首次從量子熱力學角度提出“量子電池”概念。后續有科學家預言利用?量子糾纏?或?超吸收（superabsorption）?效應可實現充電功率隨規模增大而提升（非線性加速），突破經典電池“越大越慢”的限制。??

?原理驗證（2022年）?：澳大利亞James Quach團隊（阿德萊德大學/CSIRO）在有機分子微腔（Lumogen-F染料+分布式布拉格反射器）中實驗驗證?超吸收效應?：系統尺寸增大，光吸收/充電速率加快；但僅實現?充電閉環?，無法有效存儲或提取電能，屬“光能暫存”而非完整電池功能。??

?全循環原型（2026年3月）?：CSIRO聯合墨爾本大學、RMIT在《光：科學與應用》發布全球首臺?充–儲–放全周期可控?的量子電池原型，基于室溫有機微腔，實現?飛秒級充電?、?納秒級儲能?及毫秒級放電，能量容量約十億電子伏特，雖僅夠驅動微納電路，但標志著從“現象演示”邁向“功能器件”。

?工程優化（當前至未來10–20年）?：

研發現狀：領域正從簡單原理驗證向多體、可擴展固態平臺過渡。研究焦點包括：基于中性原子陣列的規模化充電、退相干抑制、無損充電協議、無線量子充電方案以及可提取功的優化。有機微腔、超導電路和自旋系綜是目前最主要的實驗平臺。

現實定位：所有實驗仍處于實驗室原理驗證階段，所實現的“電池”在能量容量、存儲時間上與實用電池差距極大。例如，當前實驗裝置所存能量僅為一節5號電池約10的負14次方倍，存儲壽命尚在納秒至微秒量級。

未來展望：工程化的核心挑戰在于將超短壽命的量子激發能量轉移至長壽命中間態，實現毫秒級以上的有效存儲，同時抑制室溫退相干。主流共識認為，量子電池在2040年前難以替代鋰電池，其最先可能應用的場景為量子計算系統供能、超快脈沖電源或高靈敏光能捕獲器件。坊間雖有企業宣稱布局，但目前尚無任何經實證的商業化原型。

1. https://www.theguardian.com/science/2026/mar/18/world-first-quantum-battery-australian-scientists-say
2. https://www.nature.com/articles/s41377-026-02240-6
3. https://www.csiro.au/en/news/All/News/2026/March/Quantum-battery-full-cycle

作者：蝌蚪君

審核：劉穎 李培元

審核專家：梁文杰 中科院物理研究所 研究員