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網站

日本沖繩科學技術大學院大學（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發的引擎，它不依賴于傳統的燃料燃燒方式。相關論文發表在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，玻色子的能態比費米子低，這種能量差可用來為發動機提供動力。量子引擎不像傳統引擎那樣周期性地加熱和冷卻氣體，而是通過將玻色子轉換為費米子然后再轉換回來的方式工作。

OIST量子系統部門負責人托馬斯·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下工作，但研究團隊發現其效率相當高，在實驗裝置中可達到25%。

這一新引擎是量子力學領域的一項令人興奮的發展，并有可能在新興的量子技術領域取得進一步的進展。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行實驗，以保護敏感的量子態。