量子小知识

四川日报 2020-11-16 06:34 大字

量子是什么?

人人都是“24K”纯量子产品

量子是最小的、不可再分割的能量单位,看不见,摸不着,却又无处不在。

我们中学物理书上提到的分子、原子、电子,其实都是量子的不同表现形式。也可以说,我们的世界都是由量子组成的。而我们每个人,都是“24K”纯量子产品。

不同于宏观世界,量子受制于微观世界更加奇妙的物理规则,其最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。此外,量子还存在不可克隆性、不确定性等,这些特性正在不断被当今各类实验所证实,并成为发展量子科技的基本要素。

量子叠加:一只“薛定谔的猫”

在宏观世界,任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置。但在微观世界中的量子,却同时处于多种状态和多个位置的叠加。但如果你去测量,它就会从多个状态、多个位置,变成一个确定的状态和位置了。

“薛定谔的猫”便是解释量子叠加的经典比喻。物理学家薛定谔指出,箱子里有一只猫,在宏观世界中它要么是活的,要么是死的;但在量子世界,猫却同时处于生和死两种状态的叠加。然而,如果打开这个箱子,人们只能看到一只活猫或死猫的唯一观测结果。

量子纠缠:鬼魅般超距作用

量子纠缠是量子物理中一个最深远和最令人费解的现象,它是两个(或多个)粒子共同组成的量子状态,无论粒子之间相隔多远,测量其中一个粒子必然会影响其它粒子。

当两个量子发生“纠缠”,一个变了,另一个也会“瞬变”,无论它们之间相隔多远,如同“心灵感应”。对于这一现象,作为量子力学的开创者之一的爱因斯坦也无法解释,只能称之为“鬼魅般超距作用”。

量子计算

一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式,其关键在于利用量子“叠加态”特性,以量子比特作为信息单位,开发出具有超强运算能力的量子计算机。相较于传统计算机,算力得到指数级提升的量子计算机将为核爆模拟、密码破译及药品研发、金融分析等提供重要支撑。

量子通信

一种利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式,其基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理,为信息提供无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证,主要包括量子隐形传态和量子密钥分发。

量子革命

一百多年来,量子论催生出核能、激光、半导体,进而发展出计算机、手机、互联网,史称第一次量子革命。进入21世纪,随着量子领域的新发现、新理论、新技术密集涌现,第二次量子革命进入加速期、起跑期。

30多年来,中国已崛起为国际量子科研版图上的重要力量。尤其是近年来,我国量子科技发展更是取得瞩目成就:多次创造量子比特纠缠数量的世界纪录;发射世界首颗量子实验卫星“墨子号”;开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”,实现世界首次洲际量子保密通信……

除了国家层面,北京、上海及合肥、济南等地也围绕量子科技助力产业发展。百度、阿里巴巴、腾讯等国内互联网巨头及华为、中兴等科技公司,也多方面加大布局,为发展量子科技开辟“国家队”以外的新路径。 (综合新华社)

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