在傳統工程領域，發熱和製冷一直是兩台獨立的設備，然而科學家近日在量子系統中首次實現了熱量逆流現象，這項突破性的發現可能帶來全新的量子引擎，能在單一循環中同時進行做功和製冷。
量子系統中的熱量逆流現象
根據熱力學第二定律，熱量自然地從高溫系統流向低溫系統，直至達到熱平衡。然而，量子系統在某些條件下可以違反這一常識。中國曲阜師範大學、香港大學以及義大利巴勒摩大學的研究團隊最近觀察到，量子系統可以在特定條件下從較冷的熱庫中吸收熱量。
這種現象的理論基礎是量子力學允許事件以「不定因果序（ICO）」的方式發生。在量子世界中，事件可以處於「A 先於 B」和「B 先於 A」的疊加態。研究人員通過將兩個熱化通道以 ICO 方式作用於量子系統，發現當系統與通道處於不同溫度時，會出現從較冷熱庫吸收熱量的反常現象。
新型量子引擎的設計
研究人員進一步利用這種熱量逆流現象設計了一種新型的奧托引擎，這種引擎能夠在單一裝置中同時進行做功和製冷。傳統上，熱機和製冷機是兩種截然不同的設備，但通過 ICO 產生的反常熱流，可以在單一循環中同時實現兩者的功能。
這種新型引擎的應用前景廣泛，特別是在量子計算領域。目前，量子電腦的最大瓶頸之一就是散熱和熱雜訊管理，通常需要龐大的冷凍設備來維持極低溫度。如果這種「可同時做功與製冷」的量子熱引擎能夠微縮並整合到量子晶片內部，將意味著晶片運算過程中產生的廢熱可以被系統本身的量子效應轉化為製冷動力，實現「自我冷卻」。
產業與社會層面的影響
這項突破不僅對量子計算有重大意義，還可能為其他高科技領域帶來革新。例如，量子感測器、奈米級設備和醫學成像技術都可能受益於這種新型的熱管理方案。
根據研究人員的預測，這種新型量子引擎有望在未來五年內進入實用階段。
從產業面來看，這種新型量子引擎的開發將打破傳統熱力學的限制，為量子計算和高科技設備的熱管理提供全新的解決方案。這不仅能够提升设备性能，还能显著降低能耗，具有重要的實踐意義。
本文改寫整理自公開新聞來源，原始報導由科技新報發布。
常見問題 FAQ
什麼是熱量逆流現象？
熱量逆流現象是指在特定條件下，熱量可以從較冷的熱庫流向較熱的熱庫，這與傳統的熱力學第二定律相悖。
新型量子引擎有哪些應用前景？
新型量子引擎可以在單一裝置中同時進行做功和製冷，主要應用前景包括量子計算、量子感測器、奈米級設備和醫學成像技術的熱管理。
這種技術的商業化前景如何？
研究人員預測，這種新型量子引擎有望在未來五年內進入實用階段，商業化前景看好。
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