未来几年，小巧却功能强大的电池或将彻底改变从智能手机到超级计算机的各类设备，储能领域正迎来巨大飞跃，其中“拓扑量子电池”这一新概念处于前沿。

日本理化学研究所量子计算中心和华中科技大学的研究人员开展的一项理论研究表明了如何有效设计量子电池。该研究第一作者吕志光表示：“我们的研究从拓扑角度提供了新的见解，并为我们实现高性能微型储能设备提供了提示。”

随着全球能源需求增长以及标准化学电池接近极限，世界迫切需要更高效、可持续的能源储存方式。量子电池作为一种新的储能概念，利用叠加、纠缠和相干等量子力学原理，不同于标准电池。这种量子方法有望带来重大性能优势，如更快充电速度、更大容量和更高效率。

然而，量子电池的实际实现面临诸多困难。能量损失和退相干是主要障碍，这会降低纠缠和叠加等量子特性，导致性能不佳，尤其在远程充电或能量耗散的环境中。吕志光称：“通过克服长距离能量传输和耗散对量子电池实际性能造成的限制，我们希望加速量子电池从理论到实际应用的转变。”

日本理化学研究所研究人员发现了“拓扑特性”，即材料在弯曲或扭曲等变形后仍保持不变的特性。该电池设计理念独特地将光子波导的拓扑特性与两级原子的量子效应相结合。研究表明，利用拓扑特性可实现完美的长距离充电和耗散免疫。

该研究强调了拓扑量子电池的几个关键优势。首先，可利用光子波导的拓扑特性实现“近乎完美的能量传输”。此外，当充电器和电池位于同一位置，特别是在单个子晶格内时，耗散免疫是可能的。关键在于，研究团队发现通常被认为对电池性能有害的耗散也可用来暂时增强量子电池的充电功率。

这项拓扑量子电池研究对各种尖端技术具有重要意义。它有望实现纳米级储能，推动光量子通信发展，实现超安全的远距离数据传输等。

目前，量子电池的积极研究和开发正在推进。今年2月，CSIRO团队成功利用微腔技术制作出量子电池原型，该装置在镜子之间放置有机分子，形成微小空间，分子可捕获激光并吸收其中能量。