什麼是量子電池?充電有多快?離商業化有多遠?解析量子物理如何顛覆電池技術
什麼是量子電池?充電有多快?離商業化有多遠?解析量子物理如何顛覆電池技術

現代電池在其224年的歷史中已經取得了長足的進步。從亞歷山德羅·伏特(Alessandro Volta)堆疊的金屬圓盤和浸泡鹽水的布料,發展到如今我們擁有像全麥餅乾大小、可持續使用數天的電池。

但目前市場上這些設備的極限在哪裡?要突破這個極限需要克服哪些技術挑戰,何時能克服這些障礙?能源儲存的未來是什麼?

全球少數科學家正在研究一個答案: 一種利用量子物理學而非經典物理學定律來儲存電荷的電池技術。 這是一條漫長的路,但羅馬不是一天建成的,當然也不是一天就能供電的。

基本且備受喜愛的電池

電池是一種利用化學反應產生電能的技術。家用電池透過電流在電路中的流動產生電能。幾個世紀以來,人們開發了不同的電池;班傑明·富蘭克林(Benjamin Franklin)被認為在1749年的一封信中創造了「電瓶」(electrical battery)一詞,他在信的結尾幽默地描述了電力的奇妙之處:

一隻火雞將被電擊殺死,作為我們的晚餐;然後在由電瓶點燃的火前,用電烤架烤熟;屆時,我們將在電槍的轟鳴聲中,用電杯暢飲,為英、法、德所有著名的電學家們的健康乾杯。

快轉到幾種不同的電池,大多以使用各種酸和金屬的化學反應開發它們的科學家命名,1859年,我們有了鉛酸電池,這是第一個能夠透過反轉電流來充電的電池。

在20世紀末,鋰離子電池開始流行,並一直保持至今,它使用鋰與其他金屬和磷酸鹽的不同組合。但在現代電池的整個歷史中,化學反應產生電能的基本原理沒有改變。

電池 battery
在現代電池的整個歷史中,化學反應產生電能的基本原理沒有改變。
圖/ ifanr

什麼是量子?它為何糾纏?

好了,忘掉電池吧。到底什麼是「量子」?

讓我們快速回顧一下量子物理學的大致內容。處於量子態的粒子,其運行規則與你周圍看到的一切事物完全不同,從雲中的水到血管中的血液都是如此。

粒子在極端條件下進入量子態:極低的溫度和真空。在這些條件下,粒子可以同時表現得像多種事物一樣,使它們可用於進行複雜的數學運算(如量子電腦)和檢查時間旅行(在某種意義上)是否可能。

量子系統還可以表現出糾纏,這是一種兩個或多個量子粒子定義彼此特徵的現象。在量子電腦中,陣列中的原子攜帶給定操作所需的訊息,就像普通電腦中的位元一樣。這些原子是量子位元,或稱量子位元。

量子糾纏.jpeg
量子系統還可以表現出糾纏,這是一種兩個或多個量子粒子定義彼此特徵的現象。
圖/ ChatGPT(AI生成)

但量子操作很微妙。一旦量子系統中的任何值確定下來,操作就會瓦解。整個系統,例如陣列中的原子,就會回到經典狀態。

量子態可以持續很長時間。以時間晶體為例,這是一種2012年首次提出的物質狀態,今年早些時候,物理學家證明它可以持續至少40分鐘,比其他已知晶體長約1000萬倍。

這些晶體與量子電池相去甚遠,但展示了一些量子系統通常是多麼短暫,如果我們想要依賴這種狀態來獲取能量,這是一個需要解決的重要問題。

目前構想中的量子電池

與普通電池一樣,量子電池(正如人們想像的那樣)儲存能量。但相似之處僅此而已。與充電和消耗電池儲存能量的化學反應不同,量子電池由量子糾纏或更緊密連接電池及其來源的行為提供動力。

韓國首爾國立大學的量子研究員Ju-Yeon Gyhm在給科技媒體Gizmodo的電子郵件中表示:「量子電池由許多量子單元組成,這些單元就像一個大的量子電池。挑戰在於如何長期保持量子特性。」

由於量子電池和量子電腦具有相同的特性,要使該技術在研究環境之外成為現實,必須克服一個主要的技術挑戰: 物理學家必須弄清楚如何在最精心管理的研究環境之外保持量子系統的微妙狀態。 室溫超導體將是這樣的聖杯,但這些日子唯一宣稱有此發現的人,他們的工作在幾個月內就被揭穿了。

「平衡態下的熱力學並未對能量轉化為熱量和功的速度設限,」五位科學家最近在一次關於量子電池的研討會上寫道,該文目前發表在預印本伺服器arXiv上。「因此,在非平衡驅動的量子系統中尋求熱力學量子優勢似乎是很自然的。」

該小組接著指出,量子糾纏與能量在多體量子系統中儲存的速度有關,這一發現促使人們研究量子系統作為能量儲存裝置。

2018年,一個團隊對Dicke量子電池進行了建模,這是首個被提議存在於固態架構中的量子電池;2022年,一個團隊在實驗室環境下使用目標、鏡子和雷射光測試了一個基本的量子電池框架。

quantum battery.jpeg
量子電池示意圖;本圖由AI生成。
圖/ ChatGPT(AI生成)

最近的實驗正在探索這個問題

去年年底,一組量子研究人員提出了一個系統,透過這個系統,量子電池可以在無限因果順序(ICO)中充電。他們的研究結果發表在《物理評論快報》上,研究結果假設,具有ICO的充電系統可以超越傳統的充電協議。

東京大學研究員、該研究的主要作者Chen Yuanbo說:「粗略地說,ICO可以用來構建標準量子理論中不可能的量子過程,在標準量子理論中,因果順序必須是確定的,或者說是固定的。這種靈活性允許更廣泛的量子過程,其中一些可以顯示出優勢和有趣的特性。」

「我們看到系統中儲存的能量和熱效率都有巨大的增益。有點違背直覺的是,我們發現了一個與你預期相反的相互作用的驚人效果:使用相同的設備,功率較低的充電器可以比功率較高的充電器提供更高的能量和更高的效率,」Chen當時說。

量子電池系統的不同實驗裝置,包括提出的和實現的,意味著有不同的途徑來創新這種未來技術的設計。上個月,格但斯克大學和卡爾加里大學的一個團隊,提出了一種量子電池充電系統,該系統可以最大限度地增加儲存在電池中的能量,同時最大限度地減少充電過程中耗散(或損失)的能量。

該團隊重新設計的部分原因,是量子電池及其充電器耦合到同一個儲存庫,產生類似干涉的模式,提高了能量在兩者之間傳輸的效率。該團隊估計,通過新的充電過程,電池可以比使用傳統充電器多儲存四倍的能量。

澳大利亞阿德萊德大學的量子研究員James Quach說:「量子電池更像是一種波,分子或原子一致行動,而在傳統電池中,分子或原子更像單個粒子。這種集體行為是量子電池超廣泛充電特性的基礎,在這種特性下,為更大容量的量子電池充電所需的時間更少。」

2022年,Quach領導的一個團隊透過將一種名為Lumogen-F orange的分子染料放入一個小空腔中,並用脈衝光照射它,以觀察它如何儲存光子傳遞的能量,進而測試了一個基本的量子電池框架。該團隊發現,該系統充電速度非常快,而且更大的系統通常充電速度更快。

Quach說:「目前,為一個儲存約1微焦耳能量的量子電池充電需要飛秒到皮秒的時間,可以持續奈秒到毫秒。雖然這聽起來不是很長的時間,但它的儲存時間實際上比充電時間長一百萬倍以上。作為比較,這相當於一個傳統電池需要幾分鐘充電,但能夠保持數百年的電量。」

正如《新科學家》報導的那樣,一些物理學家推測,量子電池的充電時間與系統中量子位元的數量成反比;換句話說,電池越大,充電速度越快。

前景可期,但商業化言之過早

那麼……我什麼時候能買到量子電池? 量子電池的研究越來越受到關注,但仍處於起步階段。儘管它們的前景非常可觀,但該技術的最終設計將是什麼樣的問題仍然懸而未決。商業化?目前這只是最具商業頭腦的物理學家眼中的夢想。

主要問題仍然是讓量子系統在擴大規模時保持量子態。Quach認為,量子電池可以用作手機和汽車中的行動能源,但許多量子系統目前需要非常冷、無噪音的條件才能保持這種狀態(順便說一句,Quach 2022年的實驗裝置是在室溫下操作的)。並不是要讓你沮喪,但核聚變可能比我們設備中的量子電池更接近現實。

量子電池可以比傳統設備更快、更高效地充電,並且可以與用於模擬和測量的新興量子技術相結合。一個完全可操作的量子電池還沒有被證明,但根據最近的研討會,這樣的技術可以徹底改變我們收集、傳遞和控制能源的方式。鑑於人類對電力的明顯依賴,能源儲存可以使用量子飛躍。

本文授權轉載自:電腦王

延伸閱讀:大立光砸4.5億元跨足電池!押寶「鈮酸鈦」材料,這是什麼?能解決哪些問題?

關鍵字: #電池
往下滑看下一篇文章
從 Raise Day 出發,方睿科技如何打造商用地產的 AI 企業服務生態系?
從 Raise Day 出發,方睿科技如何打造商用地產的 AI 企業服務生態系?

AI 與數據正快速落地至各行各業,從製造、金融、電信、醫療到零售,應用速度不斷加快。但在每年交易規模至少新台幣 1900 億元的商用地產領域,卻長期受到數據破碎且不透明的限制,只能仰賴人力蒐集資訊,再憑直覺和經驗去解讀資訊、做出決策,使 AI 潛在價值難以真正發揮。為回應產業轉型的核心痛點,方睿科技首度舉辦「商用地產生態系年會 2026 Raise Day」,以開放式平台為核心,串聯專業地產服務商、空間相關企業服務商、產業專業人士等多元角色,勾勒出 B2B 企業服務生態系的全貌,希望能透過科技促進數據流動,為商用地產企業協作模式開啟新的可能性。

方睿科技
方睿科技首度舉辦 2026 Raise Day,以開放式平台為核心串聯多元角色,推動商用地產邁向產業共好的新階段。
圖/ 數位時代

方睿科技雙軌策略,讓 AI 成為商用地產的決策引擎

方睿科技創辦人暨執行長吳健宇指出,在 AI 時代,人應該專注於「最有價值」的工作;然而在商用地產業中,專業人士卻有約 70% 的時間耗費在資料蒐集與整理上,真正用於判斷與決策的時間僅約 10%。方睿科技希望翻轉這樣的時間分配,讓人力從低價值的資料處理中解放,將更多心力投入在判斷、溝通與決策等創造價值的商業活動。

方睿科技
方睿科技創辦人暨執行長 吳健宇
圖/ 數位時代

為此,方睿科技提出兩條實踐路徑。第一條是建構出具備完整性、易用性與進化性的商用地產智慧平台,運用 AI 技術,將過去產業中破碎、非結構化的資料,重塑為可被運算、可驗證的標準化數據,並結合圖表與互動式介面,讓使用者能夠快速得到完整市場資訊,實現「用戶即專家」的目標。

第二條則是推動生態系聯盟,將不動產視為企業服務的核心載體,串聯設計、家具、搬遷、清潔等多元服務夥伴,使空間不再只是靜態標的,而是承載案例、服務與數據回饋的生態系節點。透過生態系夥伴累積的實務資料與服務紀錄,平台得以發展「資料即推薦」模式,推動商用地產從單點交易,邁向可擴張的 B2B 服務網絡。

獨創「資料飛輪」機制,實現用戶即專家目標

在 AI 模型日益普及的當下,真正的競爭關鍵已不在模型本身,而是能否有效率地收集資料、提高資料品質,並將其與實際決策流程緊密結合。為此,方睿科技獨家設計出一個由「資料收集、資料精煉、專家把關、決策反饋」組成的資料飛輪,回應商用地產長期面臨的資料破碎與決策效率低落問題,成為方睿科技實踐願景的第一條路徑。

方睿科技技術長郭彥良進一步說明,資料飛輪機制的運作架構。首先在資料收集階段,必須系統性蒐集公開資料、內部檔案與報告,並透過 AI 協作將圖片等非結構化資訊轉換為可用的結構化數據。接著進入資料精煉,透過資料清洗與實體對齊,將原始資訊從單純的可閱讀升級為可比較、可推論的決策依據。第三步專家把關,則引入不動產專家進行校正與產業判讀,補上模型難以理解的規則與慣例,確保關鍵數據的正確性。最後的決策反饋階段,藉由收集使用者提問與行為,檢視現有資料是否足夠精準,再回到專家校正與補齊流程,使整個系統能隨使用頻率提升而持續進化。

在資料飛輪的運作基礎上,方睿科技正積極研發商用地產智慧平台 PickPeak。郭彥良表示,PickPeak 並非單純的物件搜尋工具,而是結合深度資料與 AI 的決策輔助平台。使用者可透過自然語言互動,提出人數、預算、區位、產業屬性等多重條件,再由系統動態生成可比較、可驗證的選址方案,真正將 AI 從「回答問題的工具」,轉化為「陪伴決策的數位專家」。

方睿科技
方睿科技技術長 郭彥良
圖/ 數位時代

創新 Data to win 模式,讓 AI 深入商用地產各階段決策流程

不過,單靠數據整合與 AI 應用仍不足以支撐產業全面升級,因此,方睿科技提出的第二條路就是,推動產業生態系聯盟,整合商用地產市場上不同角色的數據,讓 AI 能夠真正成為商用地產決策時的智慧引擎。

方睿科技不動產知識創新中心總監曾凡綱指出,目前在企業、房東或物業主與各類服務供應商之間,缺乏有效的整合機制,導致企業在選址與空間規劃過程中,難以快速找到真正合適的服務與解決方案,形成明顯的產業斷點。

為解決這些斷點,方睿科技提出「Data to win」模式,以資料取代傳統「Pay to win(付費買廣告)」思維,讓真正具備經驗與實績的服務夥伴,在適當的決策節點被看見。

曾凡綱說明,在廣告投放效益越來越低的情況下,企業服務商面臨的問題已不只是「如何曝光」,而是「如何在對的地方被看見」,這將是未來的市場勝出指標;而 Data to win 正好可以協助企業服務商建立此能力,方睿科技將生態系夥伴所擁有的案例、服務紀錄與產業知識等資料,經過去識別化與結構化處理後,再嵌入企業決策流程中,讓推薦不再來自廣告投放,而是真實、可被驗證的使用經驗,透過這樣的機制,不僅提升企業決策的準確度,也能同步放大生態系夥伴在合作中的實質價值。

舉例來說,方睿科技整合辦公傢俱夥伴 Backbone 班朋實業長期累積的辦公室規劃案例與平面圖資料,讓企業在選址階段,就能同步評估空間規劃方案,加速決策流程。又如,整合出行服務夥伴 USPACE 悠勢科技的服務資料,並呈現在地圖上,協助企業評估辦公據點的交通便利性,優化員工日常通勤與出行體驗。此外,平台也可整合大樓的 ESG 認證、公共設施與服務層資訊,協助企業快速篩選符合需求的辦公大樓,提升進駐媒合效率。

方睿科技
方睿科技不動產知識創新中心總監 曾凡綱
圖/ 數位時代

「Raise Day 只是這場變革的起點。」吳健宇強調,方睿科技已經透過投資與合夥模式,將布局延伸至專業地產服務與空間經營領域,至今旗下已有商用不動產仲介、顧問與估價等專業服務的宇豐睿星,以及聚焦商用地產代銷市場的希睿創新置業。透過直接參與第一線實務運作,方睿得以更深入理解產業真實痛點,讓科技不只是工具,而能真正回應實際決策與服務需求。

此外,方睿科技未來也將持續擴大「商用地產 x 企業服務生態系」聯盟,目前包括 Backbone、USPACE、IKEA For Business、潔客幫等企業服務夥伴已率先加入;接下來,方睿科技將邀請更多擁有關鍵數據與專業能力的企業服務商加入,讓數據在安全、可控的前提下流動,進一步釋放商用地產在選址、營運與企業服務等全生命週期中的結構性價值,為產業轉型啟動下一個關鍵階段。

方睿科技
右起方睿科技共同創辦人暨營運長陳致瑋、USPACE悠勢科技共同創辦人暨執行長宋捷仁 、Backbone班朋實業創辦人暨執行長廖家葳,透過企業服務生態系合作共同為產業啟動下一個關鍵階段。
圖/ 數位時代

方睿科技官網: https://www.funraise.com.tw

登入數位時代會員

開啟專屬自己的主題內容,

每日推播重點文章

閱讀會員專屬文章

請先登入數位時代會員

看更多獨享內容

請先登入數位時代會員

開啟收藏文章功能,

請先登入數位時代會員

開啟訂閱文章分類功能,

請先登入數位時代會員

我還不是會員, 註冊去!
追蹤我們
2026 大重啟
© 2026 Business Next Media Corp. All Rights Reserved. 本網站內容未經允許,不得轉載。
106 台北市大安區光復南路102號9樓