高效量子引擎開(kāi)發(fā)或將推動(dòng)量子革命

  ICC訊 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)家團隊合作，利用量子力學(xué)原理設計并制造出一種引擎。這是根據粒子在極小尺度上遵守的特殊規則開(kāi)發(fā)的引擎，它不依賴(lài)于傳統的燃料燃燒方式。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其特殊的量子特性分為玻色子或費米子。在非常低的溫度下，量子效應變得很重要，玻色子的能態(tài)比費米子低，這種能量差可用來(lái)為發(fā)動(dòng)機提供動(dòng)力。量子引擎不像傳統引擎那樣周期性地加熱和冷卻氣體，而是通過(guò)將玻色子轉換為費米子然后再轉換回來(lái)的方式工作。

  OIST量子系統部門(mén)負責人托馬斯·布施教授解釋說(shuō)，要把費米子變成玻色子，可拿出兩個(gè)費米子，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米子。通過(guò)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(lèi)型的引擎只在量子狀態(tài)下工作，但研究團隊發(fā)現其效率相當高，在實(shí)驗裝置中可達到25%。

  這一新引擎是量子力學(xué)領(lǐng)域的一項令人興奮的發(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，盡管這些系統非常高效，目前的研究還只是做了概念驗證，在制造有實(shí)用性的量子引擎方面，仍存在許多挑戰。例如，如果溫度太高，熱可能會(huì )破壞量子效應，因此研究人員必須使系統盡可能地保持低溫。這需要在低溫下用大量的能量進(jìn)行實(shí)驗，以保護敏感的量子態(tài)。