近來量子這個詞十分火,像前些年的納米這個詞一樣,被廣泛應用在各種產品里,像哪些“量子波動速讀”,這些方式是從美國漂洋過海來的,堪稱小孩用此法可在5分鐘內看完一本10萬字的書籍,并能把內容完整復述,閉著眼也能和書發生感應。聲稱是借助了光的波粒二象性和量子糾纏原理。其具體的解釋為:
借助量子糾纏,形成波粒二象性,讓腦部和書本發生感應,改變人類閱讀的反應過程,由“看、讀、理解”簡化為“看、理解”,經培訓后可達到“書中文字快速成像、光波飛入影片回放、一目十行過目不忘”的療效,甚至還可以閉著眼睛,直接翻書,根本不用看才能和書本發生感應,知道書中內容和作者所要抒發的意思。
比“量子波動速率”更扯的是“量子接骨”,打出了“通過量子干預技術,異地能夠把脫臼治好……”這樣的標語,還堪稱可以只需提供一塊農地的航拍圖,確定農地位置,便可通過“量子干預”,提升農產品的產值,“改良后的農產品無公害,還品質高,相當牛。”
這家騙局公司你們要提防
這種年,好多營銷人士為了誤導用戶,都掏出這些十分專業的名詞移花接木到產品之上,給人一種極其專業、權威的覺得,例如前些年的納米汗蒸之類的。那些似乎只要細想就漏洞百出的影響概念,但還是有人前赴后繼上當。
這么量子到底是哪些呢?它到底有哪些作用呢?明天我們就來詳盡了解一下!
量子到底是哪些
量子()是現代數學的重要概念。即一個數學量假如存在最小的不可分割的基本單位,則這個數學量是量子化的,并把最小單位稱為量子。
1900年,普朗克首次提出量子概念,拿來解決困擾數學界的“紫外災難”問題。
紫外災難:19世紀末,科學界許多科學家早已開始深入研究電磁波,由此誕生了宋體,宋體則是屬于熱力學范疇,宋體是一個理想化了的物體,為了研究不依賴于物質具體物性的熱幅射規律,化學學家借此作為熱幅射研究的標準物體。它還能吸收外來的全部電磁幅射,而且不會有任何的反射與透射。換句話說,宋體對于任何波長的電磁波的吸收系數為1,透射系數為0。而我們曉得一切氣溫低于絕對零度的物體都能形成熱幅射,濕度愈高,輻射出的總能量就愈大,長波成份也愈多。隨著氣溫上升,宋體所輻射出來的電磁波則稱為宋體幅射。紫外災難則指的是在精典統計理論中,能量均分定理預言宋體幅射的硬度在紫外區域會發散至無窮大,這和事實嚴重違反。
普朗克假設,光幅射與物質互相作用時其能量不是連續的,而是一份一份的,一份“能量”就是所謂量子。
但是當時的數學界,包括普朗克本人,都厭惡“量子”這個怪物,千方百計想要將它消化在精典數學的世界之中,但卻屢試不果。
惟有愛因斯坦頗具慧眼,提出了“光量子假說”,他覺得光幅射除了在于與物質互相作用時的能量是一份一份的,光幅射的能量,本身就是“量子化”的,一份能量就是光能量的最小單元,后來稱之為“光量子”,或簡稱“光子”。
后來,在三者基礎上,以玻爾為首的赫爾辛基學派發展下來了量子熱學,奧斯陸演繹也就成為量子熱學的正統解釋,其中恩的機率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補原理,兩者共同構成了“哥本哈根解釋”的核心,量子熱學與相對論共同構成了現代化學體系的兩大支柱。
按化學運動規律的不同,我們將遵照精典運動規律(牛頓熱學,電磁場理論)的這些物質所構成的世界稱為“經典世界”,將遵照量子熱學規律的那類物質所構成的世界稱為“量子世界”。“量子”就是量子世界中物質客體的統稱,它既可以是光子、電子、原子、原子核、基本粒子等微觀粒子,也可以是BEC、超導體等宏觀尺度下的量子系統,其共同特點就是必須遵照量子熱學的規律。
量子所具有的重要特點
量子所具有的比較重要的特點有量子疊加、量子糾纏。
量子疊加最有名的就是“薛定諤的貓”理論了,薛定諤的貓是指在一個袋子里有一只貓,以及少量放射性物質。以后,有50%的機率放射性物質將會衰變并釋放出毒氣殺害這只貓,同時有50%的機率放射性物質不會衰變而貓將活出來。
按照精典化學學,在袋子里必定發生這兩個結果之一,而外部觀測者只有打開袋子能夠曉得上面的結果。并且在量子的世界里,當袋子處于關掉狀態,整個系統則仍然保持不確定性的波態,即貓生死疊加。貓究竟是死是活必須在袋子打開后才才能曉得。
這兒涉及到了一個電子雙縫實驗實驗,在德布羅意提出了波粒二象性以后,戴維孫和革末通過實驗確認了一切物質都具有波粒二象性后。量子熱學覺得當人們沒有對粒子進行觀察的時侯,它們是以波的方式運動,因為存在干涉,穿過雙縫后會出現一道道痕跡。一旦觀測后,它們立即選擇成為粒子,就不會形成干涉,穿過雙縫留下痕跡。
但是,薛定諤忘掉了量子熱學是致力探究微觀領域,而非宏觀世界,有時侯宏觀世界是難以拿來解釋微觀世界的。
量子熱學的一個中心原則就是粒子可以存在于疊加態中,能同時擁有兩個相反的特點,也就是我們說的波粒二象性。雖然我們在日常生活中經常面對“不是A就是B”的決擇,而但在微觀世界中是可以接受“既是A又是B”的,就好象我們常常說一個人,不能簡單判定他是善惡一樣。
薛定諤的貓可以說十分生動形象讓你們認清了量子熱學的本質——一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。
疊加狀態會導致量子糾纏,在量子熱學里,當幾個粒子在彼此互相作用后量子物理是什么階段的知識,因為各個粒子所擁有的特點已綜合成為整體性質,難以單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,則稱這現象為量子纏結或量子糾纏()。
量子糾纏是一種純粹發生于量子系統的現象;在精典熱學里,找不到類似的現象。舉一個反例,在微觀世界里,兩個糾纏的粒子可以趕超空間進行瞬時作用。也就是說,一個糾纏粒子在月球上,另一個糾纏粒子在地球上,只要對月球上的粒子進行檢測,發覺它的載流子為下,這么遠在地球上的另一個糾纏粒子的載流子必然為上。
除此之外,量子還有一個有趣的現象,就是量子隧穿效應,舉個反例,如果人在趕車,上面有一座大山堵住了去路,這么人若果要抵達大山的另外一邊,這么你就只能翻過山去。并且對于粒子而言,它可以直接穿過去,雖然能量不足,也可以穿山而過。這就是粒子穿墻術——量子隧穿效應。
基本粒子沒有形狀,沒有固定的路徑,不確定性是它惟一的屬性,既是波,也是粒子,如同是我們對著墻面大吼一聲,雖然99.99%的聲波被反射,仍會有部份聲波衍射穿墻而過抵達另一個人的眼睛。由于墻上是不可能切斷物質波的,只能在攔截的過程中使其衰減。
量子的運用
量子科學目前來說,最廣泛的應用是量子通訊和量子計算機。
由于具有糾纏態的兩個粒子無論相距多遠量子物理是什么階段的知識,只要一個發生變化,另外一個也會頓時發生變化,借助這個特點實現光量子通訊的過程如下:事先建立一對具有糾纏態的粒子,將兩個粒子分別置于通訊雙方,將具有未知量子態的粒子與發送方的粒子進行聯合檢測(一種操作),則接收方的粒子頓時發生滑坡(變化),滑坡(變化)為某種狀態,這個狀態與發送方的粒子倒塌(變化)后的狀態是對稱的,之后將聯合檢測的信息通過精典信道傳送給接收方,接收方按照接收到的信息對倒塌的粒子進行幺正變換(相當于逆轉變換),即可得到與發送方完全相同的未知量子態。
精典通訊較光量子通訊相比,其安全性和高效性都未能與之相提并論。安全性-量子通訊絕不會“泄密”,量子通訊技術被覺得是“保障未來信息社會通訊絕密性和隱私的關鍵技術”。
從潘建偉院士首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱型傳態和糾纏分發,經過四年時間,2016年,墨子號量子衛星成功發射。
中國科學家15日(當地時間)在加拿大《科學》雜志上報告說,中國“墨子號”量子衛星在世界上首次實現千公里量級的量子糾纏,這意味著量子通訊向實用邁出一大步。
目前,量子號還要實現基于糾纏的量子秘鑰分發,量子秘鑰分發是借助量子力學特點來保證通訊安全性。它使通訊的雙方才能形成并分享一個隨機的、安全的秘鑰,來加密和揭秘消息。
量子密碼學的核心就是量子秘鑰分發,它是借助量子力學特點來保證通訊安全性。它使通訊的雙方才能形成并分享一個隨機的、安全的秘鑰,來加密和揭秘消息。
在這兒我們要注重強調:
如何樣才能形成量子糾纏呢?現今科學家早已把握許多制備量子糾纏的方式和途徑。最常用的是將一束激光照射到非線性晶體上便能形成糾纏光子對。所以人是不可能僅僅通過翻書就形成量子糾纏的,任何聲稱借助了量子糾纏原理的基本都可以判斷為騙局。
由于量子疊加的特點,這些糾纏光子源屬機率性的。這些熱阻下轉換形成的許許多多光子對中才能有一對光子是糾纏的,人們甚至難以預先曉得哪一對是糾纏光子,只能采用能確定糾纏的偵測裝置來加以辨識,但一旦確認該光子對是糾纏的,糾纏也會因而檢測而消失。這也造成現今目前量子通訊的應用還存在一些缺陷。
而量子估算則被覺得是第四次工業革命的引擎,目前,科學界普遍覺得,第四次工業革命將會在核聚變、量子技術、5G、人工智能、基因工程這5者之中誕生。
目前來說,精典計算機的發展早已身陷困局,隨著晶體管容積不斷縮小,計算機可容納的元元件數目越來越多,形成的熱量也急劇增多。其次,隨著元元件容積變小,電子會穿過元元件,發生量子隧穿效應,這引起了精典計算機的比特開始顯得不穩定。
晶體管
科學家覺得量子計算機可以突破目前的困局,量子估算是一類遵守量子熱學規律進行高速物理和邏輯運算、存儲及處理量子信息的化學裝置。當某個裝置處理和估算的是量子信息,運行的是量子算法時,它就是量子計算機。
傳統計算機每比特非0即1,而在量子計算機中,量子比特由于量子疊加的特點,可以以處于即是0又是1的量子疊加態,這促使量子計算機具備傳統計算機難以想像的超級算力。
舉個反例,若果x=0,運行A;若果x=1,運行B。
傳統計算機永遠只會一次執行一種邏輯分支,要么A,要么B,要么兩種情況各運行一次。
但在量子計算機中,變量X是量子疊加態,既為1,又為0,因而它可以在一次估算中同時執行A和B。這就是我們說的量子比特或則叫量子位。成為了量子信息的計量單位。
做個總結,傳統計算機使用0和1,量子計算機也是使用0跟1,但與之不同的是,其0與1可同時估算。古典系統中,一個比特在同一時間,不是0,就是1,但量子比特是0和1的量子疊加。這是量子計算機估算的特點。
所以假如我們將量子比特的數目降低到10個,這么傳統計算機須要估算2^10=1024次。量子計算機須要估算多少次呢?
還是1次。
我們再把量子比特數加到100個、1000個、10000個乃至更多,看出差別了嗎?現有計算機要運行上萬年的工作量,量子計算機只用幾分鐘才能搞定。
目前全球都在想要去把握量子計算機,由于它將會在核試爆模擬、現代裝備武器研發,航天衛星等國防科技領域發揮重要作用,其次它也會在例如氣象,數學,偵測,材料科學與估算納米技術、人工智能、深入學習、生物醫藥、基因工程、金融剖析等新興領域發揮著重要的作用,在未來的5G甚至6G時代,它還將發展為共享服務器云估算的方式,發揮它極強運算速率和大批量數據處理的優勢。
所以,我們要明白網路上留傳哪些“量子化肥”、“量子水”、“量子接骨”“量子波動速讀”等都是屬于誤導人的詞,量子糾纏的特點并不是這樣使用的,像科普畫家張軒中就強調:
量子糾纏與量子波動這種概念,與人腦的聯系還沒有研究清楚。人的腦部的記憶行為,通常覺得與神經網路中的神經元回路有關,在數論上稱作支路。這是復雜系統或則說系統科學研究的內容,目前量子熱學還用不上這個領域。
最后說一下,教育小孩不能急功近利,在現今高壓力的社會下,父母想要小孩成才是可以理解的,而且不能揠苗助長,繼而墮入了圈套,因而給兒子起到一個不好的導向作用。