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

日本沖繩科學技術(shù)大學院大學（OIST）、德國凱澤斯勞滕大學和斯圖加特大學的科學家團隊合作，利用量子力學原理設(shè)計并制造出一種引擎。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)比費米子低，這種能量差可用來為發(fā)動機提供動力。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)換為費米子然后再轉(zhuǎn)換回來的方式工作。

OIST量子系統(tǒng)部門負責人托馬斯·布施教授解釋說，要把費米子變成玻色子，可拿出兩個費米子，然后把它們組合成一個分子。這種新分子是玻色子，打破它可再次得到費米子。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力。

雖然這種類型的引擎只在量子狀態(tài)下工作，但研究團隊發(fā)現(xiàn)其效率相當高，在實驗裝置中可達到25%。

這一新引擎是量子力學領(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)域取得進一步的進展。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證，在制造有實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行實驗，以保護敏感的量子態(tài)。