量子引擎压缩玻色子粒子气体，并使费米子粒子气体减压。图片来源：米里贾姆·尼夫/美国科学促进会Eurekalert网站

科技日报记者  张佳欣

日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）、德国凯泽斯劳滕大学和斯图加特大学的科学家团队合作，利用量子力学原理设计并制造出一种引擎。这是根据粒子在极小尺度上遵守的特殊规则开发的引擎，它不依赖于传统的燃料燃烧方式。相关论文发表在27日《自然》杂志上。

自然界中的所有粒子都可根据其特殊的量子特性分为玻色子或费米子。在非常低的温度下，量子效应变得很重要，玻色子的能态比费米子低，这种能量差可用来为发动机提供动力。量子引擎不像传统引擎那样周期性地加热和冷却气体，而是通过将玻色子转换为费米子然后再转换回来的方式工作。

OIST量子系统部门负责人托马斯·布施教授解释说，要把费米子变成玻色子，可拿出两个费米子，然后把它们组合成一个分子。这种新分子是玻色子，打破它可再次得到费米子。通过这样的周期性操作，他们可在不使用热量的情况下为引擎提供动力。

虽然这种类型的引擎只在量子状态下工作，但研究团队发现其效率相当高，在实验装置中可达到25%。

这一新引擎是量子力学领域的一项令人兴奋的发展，并有可能在新兴的量子技术领域取得进一步的进展。但研究人员表示，尽管这些系统非常高效，目前的研究还只是做了概念验证，在制造有实用性的量子引擎方面，仍存在许多挑战。例如，如果温度太高，热可能会破坏量子效应，因此研究人员必须使系统尽可能地保持低温。这需要在低温下用大量的能量进行实验，以保护敏感的量子态。