量子电子学报
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打破发动机传统,量子引擎正在成为现实,未来

一架速度高达16马赫的飞机在风洞中的成功测试引起了人们的关注。据悉,我们之所以能研制出如此快的飞机,主要是因为中国科学家攻克了“斜爆冲压发动机”。这种发动机被认为比目前高超音速飞机使用的“超燃冲压发动机”更先进,也使我国在高效发动机研制方面走在世界前列。

“斜爆轰冲压发动机”的概念是由一位名叫理查德·莫里森的美国工程师在 1980 年代提出的。工程师认为可以开发出将冲击波转化为能量的发动机,从而提高发动机效率。然而,“斜爆冲压发动机”并未得到美国主流社会的认可,因此这种发动机在中国科学家完成之前只在概念中存在了很长时间。

(量子引擎概念图)

但我们今天要讲的不是“斜爆冲压发动机”。说到概念发动机,除了“斜爆冲压发动机”,还有一些更“奇葩”的想法,比如中子电子发动机和无活塞发动机

核聚变引擎、量子引擎等。前不久,我国的量子计算机取得了历史性的突破,我们不妨探讨一下未来发展量子引擎的可能性。

(科幻作品中使用量子引擎的飞船)

量子引擎也称为量子引擎。顾名思义,它利用量子的特性来驱动引擎。量子引擎的概率经常被引入科幻作品。例如,《三体》中人类制造的太空战舰使用了曲率引擎,曲率引擎被认为是量子引擎的延伸,将量子引擎与传统引擎进行比较。区别在哪里?

传统发动机基本上是活塞发动机。虽然类型复杂,但原因基本相同。简单地说,活塞发动机是在一个气缸中,机械活塞在气缸中工作。此外,气缸的每一侧都有一个用于燃料喷射的喷油器,还有一个进气口和一个排气口或多个气门。可根据燃料类型加装火花塞。发动机中的活塞在两个燃烧室之间作直线往复运动,将动能转化为热能,驱动机器的整体运转。

(量子引擎原理)

一般来说,传统发动机的活塞做的功越大,产生的热量就越多,发动机的效率就越高。量子引擎将摒弃这种物理运动方式,不依靠点燃燃料工作,也不需要机器自身做功来提供动能。量子引擎利用激光迫使粒子内部的电子加速“跳跃”,利用“量子纠缠”原理在粒子之间产生力,量子之间的力会通过纳米机器,从而为机器提供能量。

很多科学家认为,量子引擎产生的动力几乎没有多余的消耗,不需要化石燃料,效果比传统活塞发动机好很多。就目标技术的发展而言,量子引擎似乎离我们很远。实际上,量子引擎的原理与量子计算机的原理非常相似,但是作为引擎,它的便携性以及如何在室温下实现量子运动是我们需要面对的难题,相当于如何整合大型复杂的量子计算机,简化小型化,随时随地启动。

(量子引擎概念图)

作为未来科技的发展方向,量子引擎的前景还是相当看好的。目前,许多国家实际上已经启动了量子引擎的研究。量子引擎正在成为现实。我国能否抓住机遇?当然,我国作为量子研究领域的前沿国家,肯定不会落后,未来可能也不遥远。 (紫文)