量子电池是一种新型电池技术，基于量子力学原理，利用量子比特或量子态的特殊性质来提高能量存储和释放的效率，与传统电池存在很大差异。传统的电池基于电化学原理，通过在电池内部发生化学反应来存储和释放能量。而量子电池则利用量子比特或量子态的特殊性质，可以在更短的时间内存储更多的能量，并且在释放能量时也更加高效。尽管“量子电池”这个名词对于大多数人来说还比较陌生，但是科学家们已经在探索量子电池的路上。兰州大学物理科学与技术-🔥99499威尼斯安钧鸿教授及其合作者，提出了一种抗老化远距离充电量子电池方案，可以在远距离充电的情况下实现量子电池的充电和老化抑制，这个方案可能会成为未来电池变革的关键一环。这个研究成果最近发表在物理学期刊《物理评论快报》上，引起了学界和媒体的高度关注。该论文的标题为“(远程充电与老化抑制量子电池)”，研究结果表明，量子电池在远距离充电和老化抑制方面具有很大的潜力，可以为未来的能源存储带来革命性的变革。

自1799年意大利物理学家伏特首次制成世界上第一个电池“伏特电堆”以来，电池一直将化学能转化为电能的装置。

“随着能源需求日益增长，人们期待具有更小尺寸、更高电容、可更快充电和更大可提取功的电池出现。”安钧鸿主要从事量子光学、量子信息及非平衡量子统计动力学研究，问及做量子电池研究的初衷，他告诉记者，希望以量子物理特有的效应，以微观系统自下而上地像搭积木一样的制备工艺，来突破目前经典电池的性能极限。量子电池已成为以“调控量子态，实现新功能，发展新技术”为主旨的量子科技的主要应用之一。

与此同时，电化学反应机制下的电池，过去常有充电过程中起火的事件见诸报端，从而引发环境问题。“量子电池不需要诉诸电化学反应，它是通过原子的激发状态来储存能量，也即能量存储在原子中电子的激发态，所以量子电池绿色无污染、可持续使用，非常安全。”(注：原子能量状态包括基态和激发态。基态是指原子处于最低能量状态，此时原子的电子处于基态能级上，原子没有吸收任何能量;而激发态则是指当原子吸收能量而达到的状态，此时原子的电子跃迁到更高的能级上，与其他原子或分子发生作用会返回基态能级。)

“量子电池尚处于基础研究阶段，目前还不能解决行业、产业面临的问题，还仅是科学前沿研究，为未来的电池提供一种可能的解决办法。”安钧鸿说。

在安钧鸿等人提出抗老化、远距离充电量子电池方案之前，量子电池研究在快速发展，但是距离实现和应用仍面临两大挑战：首先是量子电池的老化。“量子效应非常脆弱，若受环境影响，量子效应极易丧失。”安钧鸿解释说，量子电池能量储存于原子中电子的激发态，但激发态持续时间极其短暂，背景环境影响之后，会自发向外辐射电磁波。这在量子力学中被叫作量子退相干，会导致量子电池因丧失能量而老化。

其次是量子电池充电效率降低。现在普遍采用量子充电器和量子电池之间的相互作用，将充电器中的能量传递给电池来充电。不过，这种相互作用是原子之间的相互作用，作用距离仅为10的-10次方米(即1埃米，等于1/10纳米)的量级，超出这个距离则相互作用变得极其微弱，导致充电效率低下。

为了同时克服前述两大挑战，安钧鸿与他在湖北大学、中国科-🔥99499威尼斯精密测量院的合作者们提出了一种新型的量子电池方案。

与普遍采用的方案不同，此方案采用了一种非接触式的远距离“类无线”充电。它是在一个真空的矩形中空金属波导管(可导引电磁波)中，放入分别作为量子充电器和量子电池的两个原子。充电时，充电器中处于激发态的电子将“掉”到基态，能量以电磁波形式在波导管中沿垂直面辐射传递给量子电池，量子电池吸收之后被“充”到激发态。

这一过程突破了微观系统相互作用的空间尺度，量子充电器和量子电池的间距从10的-10次方米甚至能扩大到10的-2次方米的厘米级，还可产生有效的能量转移。这是了不起的突破!比之之前，已经是很大的宏观距离。“好比在弹床上的两个小孩儿，一个跳，另一个也会弹起，这不奇怪;奇怪的是，现在是将他们放入大海中，还会发生这样持续的关联。”

过去普遍认为，通过环境这一第三媒介，量子充电器和量子电池之间不可能产生能量交换，只会发生量子退相干。而安钧鸿他们的研究恰恰证明，利用波导管中的真空电磁场诱导的量子退相干，恰恰可以实现免受老化影响的持续能量交换，实现了近理想的充电。

通过这一方案，有效地解决了量子电池的能量耗散和距离限制两大问题，为进而推动量子电池的物理实现提供了理论支撑。也是该团队继2021年利用波导制备作为量子精密测量重要资源的自旋压缩后的又一重要结果。

安钧鸿他们的这项研究工作是自2023年春节期间开始的，去年8月论文送审期间，已受到国外媒体的关注。英国科技新闻杂志《新科学家》在去年9月就进行了报道。当今年2月论文发表后，《自然》杂志作“亮点研究”报道。其后，国际科技新闻门户网站“世界科技研究新闻信息网(Phys.org)”和美国相关知名技术和创新媒体，也相继对此项工作进行了较为详尽的报道。国外媒体的关注出乎安钧鸿及其合作者的预料。

为什么这项研究会这么“吸睛”?安钧鸿认为是当今出现的量子电池热。世界范围内处于量子科技的快速发展时期，此前人们的关注点更多的是在信息，比如量子计算机和量子通讯。而现在，更多的关注点是在能量上，期待以量子效应产生一些变革性的储能供能新技术。另外一点就是“类无线”充电，“我们的研究刚好满足了人们对无线充电的期待，既让能量在波导管中定向传递，提高了量子电池的效率;又不会造成电磁辐射，绿色环保。我和我的合作者们开玩笑说，我们的工作是做到外国人的‘心缝缝’里去了。”

“当然，没有任何一个电池是由一个原子组成的，要将其变成一个器件，仍需解决大量原子的集成问题。这就是我们下一步的工作。”安钧鸿表示，从“0”到“1”难，这是从无到有;而从“1”到“100”，至少已经有了基础原理，相对实现起来容易一些。

我们曾经设想过多种方案来实现集成，其中一种是在导波装置中，将量子电池像串糖葫芦一样串联起来。

量子科技已经成为国家的重要战略。为什么国家如此重视量子科技的发展呢?我认为，这是为了在长远规划中确保国家的安全和可持续发展。在过去，我们曾经受到其他国家的技术封锁和限制，因此我们需要发展自己的量子科技来确保国家的信息安全。安钧鸿认为，以量子通信、量子计算、量子精密测量、量子模拟和量子材料为核心的量子科技可以超越经典技术的性能极限，成为信息、能源、安全和材料等领域重大技术突破的创新源泉。这些技术可以在保障信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面发挥重要作用。例如，量子通信可以提供更加安全和可靠的通信方式，量子计算可以加速化学和生物等领域的计算，量子精密测量可以提高物理量的测量精度，量子模拟可以模拟复杂的物理系统等等。量子科技的发展将对传统技术体系进行重构，引领新一轮科技革命和产业变革。它将带来新的机会和挑战，我们需要认真思考如何应对这些挑战并利用好这些机遇。