量子引擎壓縮玻色子粒子氣體，并使費(fèi)米子粒子氣體減壓。圖片來源：米里賈姆·尼夫/美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)Eurekalert網(wǎng)站

日本沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)（OIST）、德國凱澤斯勞滕大學(xué)和斯圖加特大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)合作，利用量子力學(xué)原理設(shè)計(jì)并制造出一種引擎。這是根據(jù)粒子在極小尺度上遵守的特殊規(guī)則開發(fā)的引擎，它不依賴于傳統(tǒng)的燃料燃燒方式。相關(guān)論文發(fā)表在27日《自然》雜志上。

自然界中的所有粒子都可根據(jù)其特殊的量子特性分為玻色子或費(fèi)米子。在非常低的溫度下，量子效應(yīng)變得很重要，玻色子的能態(tài)比費(fèi)米子低，這種能量差可用來為發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。量子引擎不像傳統(tǒng)引擎那樣周期性地加熱和冷卻氣體，而是通過將玻色子轉(zhuǎn)換為費(fèi)米子然后再轉(zhuǎn)換回來的方式工作。

OIST量子系統(tǒng)部門負(fù)責(zé)人托馬斯·布施教授解釋說，要把費(fèi)米子變成玻色子，可拿出兩個(gè)費(fèi)米子，然后把它們組合成一個(gè)分子。這種新分子是玻色子，打破它可再次得到費(fèi)米子。通過這樣的周期性操作，他們可在不使用熱量的情況下為引擎提供動(dòng)力。

雖然這種類型的引擎只在量子狀態(tài)下工作，但研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)其效率相當(dāng)高，在實(shí)驗(yàn)裝置中可達(dá)到25%。

這一新引擎是量子力學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)令人興奮的發(fā)展，并有可能在新興的量子技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)一步的進(jìn)展。但研究人員表示，盡管這些系統(tǒng)非常高效，目前的研究還只是做了概念驗(yàn)證，在制造有實(shí)用性的量子引擎方面，仍存在許多挑戰(zhàn)。例如，如果溫度太高，熱可能會(huì)破壞量子效應(yīng)，因此研究人員必須使系統(tǒng)盡可能地保持低溫。這需要在低溫下用大量的能量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以保護(hù)敏感的量子態(tài)。