量子系統存在反常熱效應，有望開發同時做功又製冷的新型量子引擎

在經典工程領域，「發熱」、「製冷」必須是 2 台各自獨立設備，但科學家近日首次在實驗中實現量子系統熱量逆流現象，特定條件下系統竟可從較冷熱庫吸收熱量。若依此開發新型量子引擎，單一循環就可提供截然不同的發功及製冷功能。

從冰箱到發電廠，許多當代技術運作都依賴熱力學第二定律：熱量只能自然地從較高溫系統（區域）流向較低溫系統（區域），直到達成熱平衡狀態。

但受量子力學支配的量子系統偶爾會出現經典物理學無法解釋的行為，比如中國曲阜師範大學、香港大學、義大利巴勒摩大學研究團隊最近觀察到一種異常熱效應，量子系統能從較冷熱儲層吸收熱量。

該研究理論基於量子力學允許事件以「不定因果序（ICO）」方式發生——事件可處於「A 先於 B」與「B 先於 A」的疊加態，在量子世界，熱力學過程不一定要按照 A 先 B 後的固定順序發生，而團隊將 2 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，會出現從較冷熱庫吸收熱量的反常現象。

研究人員針對這種熱量逆流現象進一步設計出新型奧托引擎（將熱量轉化為功），單一裝置能在做功的同時冷卻另一個系統。

正常來說，熱機與製冷機是 2 種截然不同設備，但透過 ICO 產生的反常熱流能在單一循環同時達成兩者。

這項證明型新款引擎未來有望用於冷卻量子處理器，或為量子感測器、奈米級設備、醫學成像技術提供全新熱管理方案。

目前量子電腦面臨最大瓶頸之一就是散熱與熱雜訊管理，通常需要龐大冷凍設備協助維持極低溫，若「可同時做功與製冷」的量子熱引擎能微縮並整合到量子晶片內部，代表晶片運算（消耗能量）之際，其廢熱可被系統本身量子效應轉化為製冷動力，實現「自我冷卻」。

新論文發表在《物理評論快報》。