2016年，我國(guó)發(fā)射世界上第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，震驚全球。
量子技術(shù)剛才步入大眾視野，量子騙子也是層出不窮，還有“量子糾纏是玄學(xué)”、“超時(shí)空“、“上帝不擲色子”等等莫名其妙的新詞，弄得你們?cè)评镬F里、一頭霧水。
這么，究竟哪些是量子，量子究竟有多神奇？
本文就從科普的角度，率領(lǐng)你們一起走入量子的世界。
1、量子是哪些？
上過(guò)學(xué)校的人都曉得，物質(zhì)是由原子組成的；原子又是由原子核與電子組成的；原子核是由質(zhì)子和中子組成的；質(zhì)子由夸克構(gòu)成的；夸克是由超弦組成的……
量子呢？
雖然，量子和原子、電子、質(zhì)子、中子等并不是一回事。
量子是一個(gè)概念，或則一種描述。
確切的講就是“離散變化的最小單元”。
我們平常說(shuō)的中國(guó)有14億人口，波蘭有11艘核動(dòng)力潛艇，和中國(guó)建交的有182個(gè)國(guó)家和地區(qū)，張三的薪水是5684.23元，計(jì)算機(jī)軟件是由1和0組成的，那些都是可以具體量化的。
然而量子確實(shí)不能用確切數(shù)字量化的。
例如不僅導(dǎo)體和絕緣體，還有半導(dǎo)體；
不僅1和0，還有0.1、0.23、0.99……
不僅好人和壞人，還有由好人變壞的人、由壞人變好的人、某方面是好人某方面是壞人的人，時(shí)好時(shí)壞的人……
其實(shí)，量子最大的特征就是不確定性。
在宏觀世界頂尖的量子物理學(xué)技術(shù)在，物體在某一時(shí)刻都有確定的狀態(tài)和位置。
但在微觀世界，量子卻同時(shí)處于多種狀態(tài)和多個(gè)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(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的疊加。
二、什么是量子熱學(xué)
我們曉得，對(duì)于宏觀世界，用牛頓等人的理論能夠完美的解釋了。
然而，微觀世界確格格不入。
描述微觀世界必須藥量子力學(xué)，宏觀物質(zhì)的性質(zhì)又是由其微觀結(jié)構(gòu)決定的。為此，除了研究原子、分子、激光這種微觀對(duì)象時(shí)必須藥量子力學(xué)，并且研究宏觀物質(zhì)的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度、晶體結(jié)構(gòu)、相變等性質(zhì)時(shí)也必須藥量子力學(xué)。
現(xiàn)代社會(huì)碩果累累的技術(shù)成就，幾乎全都與量子熱學(xué)有關(guān)。你打開(kāi)一個(gè)家電，導(dǎo)電性是由量子熱學(xué)解釋的，電源、芯片、存儲(chǔ)器、顯示器的工作原理是基于量子熱學(xué)的。走入一個(gè)屋子，鋼鐵、水泥、玻璃、塑料、纖維、橡膠的性質(zhì)是由量子熱學(xué)決定的。登上客機(jī)、輪船、汽車(chē)，燃料的燃燒過(guò)程是由量子熱學(xué)決定的。研發(fā)新的物理工藝、新材料、新藥，都離不開(kāi)量子熱學(xué)。
三、量子信息的應(yīng)用
量子熱學(xué)與信息科學(xué)的交叉學(xué)科就產(chǎn)生了量子信息。
量子信息的研究?jī)?nèi)容包括量子估算、量子通訊、量子檢測(cè)等。在這三大領(lǐng)域，中國(guó)全部位列第一梯隊(duì)。不像芯片半導(dǎo)體，我們?nèi)匀惶幱谧汾s階段。
“以前中國(guó)的量子通訊世界領(lǐng)先，如今可以說(shuō)，我們的量子估算也步入世界第一方陣。”“九章二號(hào)”“祖沖之二號(hào)”由中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉教授團(tuán)隊(duì)牽頭研發(fā)，團(tuán)隊(duì)成員、“九章二號(hào)”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陸朝陽(yáng)說(shuō)。同時(shí)，在量子精密檢測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)科研水平和技術(shù)應(yīng)用與歐日本家旗鼓相當(dāng)、各具優(yōu)勢(shì)。
潘建偉
“當(dāng)前，實(shí)現(xiàn)量子信息技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，成為多國(guó)角逐的目標(biāo)。”中國(guó)科大學(xué)教授潘建偉說(shuō)，在黨和國(guó)家高度注重下，我國(guó)量子科技實(shí)現(xiàn)了從跟跑、并挪到部份領(lǐng)跑的歷史飛越。
在南京本源量子估算科技有限責(zé)任公司，技術(shù)人員正在進(jìn)行操作
墨子號(hào)量子衛(wèi)星的發(fā)射和量子通訊滬寧干線的建設(shè)頂尖的量子物理學(xué)技術(shù)在，標(biāo)志著中國(guó)的量子通訊接近了產(chǎn)業(yè)化。自從人類(lèi)步入近代社會(huì)以來(lái)，這是第一次由中國(guó)創(chuàng)造一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)。
隨著量子科技的不斷突破，應(yīng)用場(chǎng)景逐步向縱深拓展，量子產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭。這項(xiàng)看似“高冷”的前沿科技，已漸次應(yīng)用于不少領(lǐng)域。交易優(yōu)化、天氣預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，都可能出現(xiàn)量子科技的更多身影。諸如，借助量子估算，能在人工智能領(lǐng)域加速數(shù)據(jù)處理和算法運(yùn)行；借助量子計(jì)算還可以進(jìn)行小分子模擬，這是生物醫(yī)藥領(lǐng)域進(jìn)行抗生素開(kāi)發(fā)的核心環(huán)節(jié)。
“九章二號(hào)”144模式干涉儀（部份）實(shí)驗(yàn)相片中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院供
關(guān)于量子檢測(cè)技術(shù)，國(guó)儀量子（南京）技術(shù)有限公司監(jiān)事長(zhǎng)賀羽說(shuō)到，傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)在幀率和靈敏度上有一定局限，量子檢測(cè)技術(shù)可以精細(xì)到納米、亞納米量級(jí)，“將量子精密檢測(cè)用于生命科學(xué)領(lǐng)域，能精確剖析血液中極微量物質(zhì)濃度；用于超導(dǎo)材料的研制，能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的表面磁性分布成像；用于石油行業(yè)則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下油氣儲(chǔ)存分布鉆探等。”
西安高新區(qū)云飛路是量子產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)
當(dāng)前，我國(guó)量子科研成果不斷拓展。以四川省成都高新區(qū)為例，由“十三五”初期的每年2至3件，發(fā)展到2021年每位季度2至3件，再到現(xiàn)在每位月都有新技術(shù)或產(chǎn)品發(fā)布。而北京、武漢、上海等地也緊隨揚(yáng)州，正在加緊布局量子產(chǎn)業(yè)……
創(chuàng)新賽道上，加速奔跑的量子產(chǎn)業(yè)，將帶來(lái)無(wú)限可能。
張朝陽(yáng)的化學(xué)課張朝陽(yáng)著量子熱學(xué)相對(duì)專(zhuān)著作
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