新華社安徽10月19日消息，19世紀末，法國一些學(xué)者覺得從牛頓熱學(xué)到熱力學(xué)、電磁理論，人類的“物理學(xué)大樓”已全部建成，再沒有多少可研究的了。
然而，在1900年，美國化學(xué)學(xué)家馬克斯·普朗克提出了量子理論，為人類開啟了探求“微觀世界規(guī)律”的“新化學(xué)革命”。量子理論也與相對論一起，成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)兩大支柱。
打開“量子之門”：微觀世界里的奇妙“疊加”與“糾纏”
量子是哪些？依照量子理論，量子是最小的、不可再分割的能量單位。我們學(xué)校數(shù)學(xué)書上提及的分子、原子、電子，雖然都是量子的不同方式。可以說，我們的世界由量子組成，我們每位人都是“24K”純量子產(chǎn)品。
在我們?nèi)粘Ｉ畹暮暧^世界里，物體的位置、速度等，都可以通過精典熱學(xué)精確測算。但在微觀量子世界里，卻有著迥然不同的奇妙化學(xué)規(guī)則，最有代表性的是“疊加”與“糾纏”。
在宏觀世界，任何物體在某一時刻都有確定的狀態(tài)和位置。但在微觀世界，量子卻同時處于多種狀態(tài)和多個位置的“疊加”。
化學(xué)學(xué)家薛定諤曾用一只貓比喻量子疊加：袋子里有一只貓，在宏觀世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。
假如用一個人來比喻，他除了同時處于生和死兩種狀態(tài)的疊加，還可以同時身處多個地點，例如既在上海又在重慶。
更無法想像的是，量子的狀態(tài)還經(jīng)不起“看”：假如你去檢測，它都會從多個狀態(tài)、多個位置，弄成一個確定的狀態(tài)和位置了。也就是說，假如你打開“薛定諤的袋子”，貓的疊加態(tài)才會消失，你會看見一只活貓或一只死貓。而“量子人”的“分身術(shù)”也會消失，他會出現(xiàn)在上海或南京。
疊加已然很奇妙，但當兩個量子“糾纏”在一起，那個奇怪連愛因斯坦都無法接受。
依照量子理論，假如兩個量子之間產(chǎn)生“糾纏態(tài)”，這么無論相隔多遠，當一個量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個也會“瞬間”發(fā)生相應(yīng)變化。愛因斯坦曾把這一現(xiàn)象叫做“鬼魅般的超距作用”。
從“被動”到“主動”量子物理講的是什么，兩次“量子革命”深刻改變?nèi)祟愇拿?span style="display:none">SGZ物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
量子理論誕生一百多年來，國際學(xué)界運用多種實驗和物理方式檢驗均發(fā)覺，量子的奇妙特點客觀存在。
“量子熱學(xué)是一個神秘的、令人飄忽不透的學(xué)科，我們誰都談不上真正理解量子物理講的是什么，只是曉得如何去運用它。”美國化學(xué)學(xué)家、諾貝爾獎獲得者穆雷·蓋爾曼曾這樣說。
“量子理論的出現(xiàn)，在上世紀引起第一次量子革命，催生了現(xiàn)代信息技術(shù)。”中科院教授、中國科學(xué)技術(shù)學(xué)院常務(wù)副院長潘建偉介紹，基于量子理論，核能、激光、半導(dǎo)體等科技得以問世，因而發(fā)展出計算機、互聯(lián)網(wǎng)、手機等重大應(yīng)用。
步入21世紀，量子領(lǐng)域的新發(fā)覺、新理論、新技術(shù)密集涌現(xiàn)，喻示著“第二次量子革命”已步入加速期、起跑期。
“第二次量子革命的鼓聲已叩響！”英國《自然》雜志評論說。
“第一次量子革命，人們只問量子理論能讓我們做哪些，不去問為何，是被動的觀測與應(yīng)用。”中科院教授、中科院量子信息重點實驗室處長郭光燦說，第二次量子革命則是主動借助量子特點，開發(fā)出量子通訊、量子估算和量子精密檢測等創(chuàng)新應(yīng)用。
這種應(yīng)用的革命性在那里？簡單來說，量子通訊可以在理論上做到通訊的絕對保密，量子估算可以令人類的運算能力實現(xiàn)指數(shù)級下降，例如傳統(tǒng)計算機須要數(shù)萬年才會破解的復(fù)雜密碼，量子計算機幾秒鐘內(nèi)才能破解。傳統(tǒng)檢測技術(shù)最小只能偵測到微米量級，而量子檢測可以進一步精細千倍、萬倍達到原子量級。
中國量子崛起，美好未來可期
現(xiàn)在，量子科技已成為國際上風起云涌的戰(zhàn)略科研方向。近日，歐共體擬投資80億美元支持新一代超級估算技術(shù)，量子估算是其中重要內(nèi)容。日本開通國家量子協(xié)調(diào)辦公室網(wǎng)站，并發(fā)布了聚焦八大研究領(lǐng)域的《量子前沿報告》。
而經(jīng)過三十多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個戰(zhàn)略方向上實現(xiàn)領(lǐng)跑或步入第一陣營。
近些年來，我國多次創(chuàng)造量子比特糾纏數(shù)目的世界紀錄；發(fā)射世界首顆量子實驗衛(wèi)星“墨子號”，實現(xiàn)千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學(xué)目標；開通世界首列量子保密通訊干線“京滬干線”，實現(xiàn)世界首次洲際量子保密通訊。
當前，量子科技已步入“產(chǎn)業(yè)化前夜”。展望未來，量子估算有望為抗生素研制、能源鉆探、金融剖析、氣象預(yù)報等大規(guī)模估算提供全新方案；量子檢測發(fā)揮檢測精度、靈敏度優(yōu)勢，有望在科研、醫(yī)療、能源、災(zāi)害防治等領(lǐng)域大顯身手；量子通訊融合量子估算技術(shù)，構(gòu)成高速、安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，與人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)相結(jié)合，可為人類生活平添無限可能。
（原題為《科普：量子是哪些？從“微觀世界規(guī)律”到人類“新數(shù)學(xué)革命”》）