數千年來，人類仍然借助天生的直覺來認識自然界運行的原理。盡管這些方法讓我們在好多方面誤入歪路，例如，曾一度深信月球是平的。但從總體上來說，我們所得到的真理和知識，遠遠大過謬論。正是在這些雖平緩、成效卻非常積極的積累過程中，人們漸漸摸索總結出了運動定理、熱熱學原理等知識，自身所處的世界才顯得不再這么神秘。于是，直覺的價值，愈發得到肯定。但這一切，截至到量子熱學的出現。
這是被愛因斯坦和玻爾用“上帝跟宇宙玩擲色子”來形容的學科，也是研究“極度微觀領域物質”的數學學分支，它帶來了許許多多令人驚訝不已的推論——科學家們發覺，電子的行為同時帶有波和粒子的雙重特點（波粒二象性），但僅僅是加入了人類的觀察活動，就足以立即改變它們的特點；再者還有相隔千里的粒子可以頓時聯系（量子糾纏）：不確定的光子可以同時去向兩個方向（海森堡測不準原理）；更別提那只理論假定的貓既死了又活著（薛定諤的貓）……
比如以上，這種研究結果常常是顛覆性的，由于它們基本與人們習慣的邏輯思維相違逆。以至于愛因斯坦不得不哀嘆道：“量子熱學越是取得成功，它自身就越變得荒唐。”
到如今，與一個世紀之前人類剛才進軍量子領域的時侯相比，愛因斯坦的觀點雖然得到了更為廣泛的共鳴。量子熱學越是在數理上不斷得到完美評分，就越變得我們的本能直覺竟這般簡陋不堪。人們不得不承認，盡管它仍然看上去奇特而陌生，但量子熱學在過去的一百年里，早已為人類帶來了太多革命性的發明創造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子熱學的奇妙故事》一書的序言中所述：“量子熱學在哪？你不正沉溺于其中嗎。”
陌生的量子，不陌生的晶體管
日本《探索》雜志在線版給出的真實世界中量子熱學的一大應用，就是人們已經不陌生的晶體管。
1945年的夏天，日本美軍成功制造出世界上第一臺真空管計算機ENIAC。據當時的記載，這臺龐然大物總重量超過30噸，占地面積接近一個大型住宅，總耗費高達100萬日元。這么巨額的投入，注定了真空管這些能源和空間消耗大戶，在計算機的發展史中只能是一個過客。由于彼時，貝爾實驗室的科學家們已在加緊研發足以取代真空管的新發明——晶體管。
晶體管的優勢在于它還能同時飾演電子訊號放大器和轉換器的角色。這幾乎是所有現代電子設備最基本的功能需求。但晶體管的出現，首先必需要謝謝的就是量子熱學。
正是在量子熱學基礎研究領域獲得的突破，哈佛學院的研究者尤金·瓦格納及其中學生弗里德里希·塞茨得以在1930年發覺半導體的性質——同時作為導體和絕緣體而存在。在晶體管上加電流能實現門的功能，控制管中電流的導通或則截至，借助這個原理便能實現信息編碼，以至于編撰一種1和0的語言來操作它們。隨后的10年中，貝爾實驗室的科學家制做和改良了世界首枚晶體管。1954年，德國美軍成功制造出世桐城臺晶體管計算機。與之前動輒房屋般臃腫的不靠譜的真空管計算機高手們相比，只有3立方公尺大，功率不過100瓦。明天，英特爾和AMD的尖端芯片上，已然才能擺放數十億個微處理器。而這一切都必須歸功于量子熱學。
量子干涉“搞定”能量回收
無論如何心懷敬愛，對于我們來說，都不太容易能把量子熱學代表的理論和它帶來的成果聯系在一起，由于她們聽上去就是完全不相干的兩件事。而“能量回收”就是個反例。
每次開車出游，人們就會不可防止地做一件負面的事情——浪費能量。由于在底盤燃起燃料以形成促進車身前進的驅動力同時，相當一部份能量以熱量的方式散失，或則直白地說，浪費在空氣當中。對于這些情況，韓國德克薩斯學院的研究人員企圖利用量子熱學中的量子干涉原理來解決這一問題。
量子干涉描述了同一個量子系統若干個不同態疊加成一個純態的情況，這聽上去讓人完全不知所謂，但研究人員借助它研發了一種分子溫差電材料，才能有效地將熱量轉化為電能。更重要的是，這些材料的長度僅僅只有百萬分之一公尺量子物理的應用論文，在其發揮功效時，不須要再額外安裝其他外部運動部件，也不會形成任何污染。研究團隊表示，假如用這些材料將車輛的排氣系統包裹上去的話，汽車為此將獲得足以照亮200只100瓦燈泡的電能——盡管理論讓人沮喪，但這數字而且清晰可見的。
該團隊因而對新型材料的前途飽含信心量子物理的應用論文，確定在其他存在熱量損失的領域，該材料同樣還能發揮作用，將熱能轉變為電能，例如光伏太陽能板。而我們只需曉得，這都是量子干涉“搞定”的。
不確定的量子，十分確定的時鐘
作為普通人，通常是不會介意自己的腕表快了半分鐘，還是慢了十幾秒。并且，假如是像英國陸軍氣象天文臺那樣為一個國家的時間負責，這么這半分半秒的偏差都是不被容許的。好在這種重要的組織單位都還能借助原子鐘來保持時間的精準無誤。這種原子鐘比之前所有存在過的掛鐘都要精確。其中最強大的是一臺銫原子鐘，才能在2000萬年以后，仍然保持偏差不超過一秒。
見到這些精確的能讓人衰弱的掛鐘后，你或許會困惑莫非真的有哪些人或則哪些場合會用到它們？答案是肯定的，確實有人須要。例如航天工程師在估算宇宙飛船的飛行軌跡時，必須清楚地了解目的地的位置。不管是星體還是小行星，它們都時刻處在運動當中。同時距離也是必須考慮的因素。一旦將來我們飛出了所在星體的范圍，留給偏差的邊際范圍將會越來越小。
這么，量子熱學又與那些有哪些關系呢？對于這種極其精準的原子鐘來說，造成偏差形成的最大敵軍，是量子噪音。它們才能消弭原子鐘檢測原子震動的能力。如今，來自美國學院的兩位研究人員早已開發出，通過調整銫原子的能量層級來抑制量子噪音程度的技巧。它們目前正在企圖將這一方式應用到所有原子鐘起來。雖然科技越發達，對準時的要求就越高。
量子密碼之戰無不勝
斯巴達人一向以戰斗中的勇敢與兇狠著稱于世，而且人們并不能為此而責怪她們在權術方面的才干。為了避免敵方事先獲知自己的軍事行動，斯巴達人使用一種被叫做密碼棒的東西來為絕密信息加密和揭秘。她們先將一張牛皮紙裹在一根柱狀物上，之后在里面書寄信息，最后再將牛皮紙取下。利用這些方法，斯巴達的士官才能發出一條敵軍看上去語無倫次的命令。而己方人員只需再度將牛皮紙裹在同等規格的柱狀物上，就才能閱讀真正的命令。
斯巴達人樸實的方法，僅僅是密碼學漫長歷史的開端。現在，借助微觀物質一些奇特特點的量子密碼學，早已公開聲稱自己無解。它是一種借助量子糾纏效應、基于單光子偏振光態的全新信息傳輸方法。其安全之處在于，每每有人闖進傳輸網路，光子束才會出現衰弱，每位結點的偵測器都會強調錯誤等級的降低，因而發出受襲警報；發送與接收雙方也會隨機選定通配符的子集進行比較，全部匹配才覺得沒有人監聽。換句話說，黑客未能闖進一個量子系統同時不留下干擾痕跡，由于僅僅嘗試解碼這一舉動，都會造成量子密碼系統改變自己的狀態。相應的，盡管有黑客成功攔截獲得了一組密碼信息的解碼鎖匙，那他在完成這一舉動的同一時刻，也造成了秘鑰的變化。因此當合法的信息接收者檢測鎖匙時，才會輕易發覺疲態，因而更換新的秘鑰。
量子密碼的出現仍然被視為“絕對安全”的回歸，不過，天下沒有不漏風的墻。擁有1000多年前那部維京時代海盜史的英國人，早已打破了量子密碼無解的神話。利用忽悠讀取密碼信息的設備，她們在不嘗試解碼的條件下，就獲得了信息。但她們承認，這只是借助了現存技術上的一個漏洞，在量子密碼術建立后即可趨避。
隨機數發生器：上帝的“量子色子”
所謂的隨機數發生器，并不是老派香皂劇中這些魔幻神秘的玩意兒。它們利用量子熱學，才能召喚出真正的隨機數。不過，科學家們為何要不辭勞苦地深入量子世界來找尋隨機數，而不是簡單輕松地拋下硬幣、擲個色子？答案在于：真正的隨機性只存在于量子層級。實際上只要科學家們收集到關于擲色子的足夠信息，這么她們便就能提早對結果作出預測。這對于輪盤博彩、彩票甚至計算機得出的開獎結果等等，統統有效。
但是，在量子世界，所有的一切都是絕對難以預測的。馬克斯·普朗克學院光學化學研究所的研究人員正是利用這一不可預知性，制做出了“量子色子”。她們先是通過在真空中制造波動來形成出量子噪音，之后檢測噪音所形成的隨機層級，以此獲得可以用于信息加密、天氣預演等工作的真正隨機數字。值得一提的是，這些色子被安裝在固態芯片上，才能勝任多種不同的使用需求。
我們與激光險些失之交臂
與量子熱學的經歷相像，激光在初期以前也被覺得是“理論上的巨人，實際應用上的侏儒”。但明天，無論是家用CD播放器，還是“導彈防御系統”，激光早已在當代人類的社會生活中，搶占了核心地位。不過，假如不是量子熱學，我們與激光的故事，很可能是以“擦身而過”而收場。
激光器的原理，是先沖擊圍繞原子旋轉的電子，令其在重返低能量級別時激發出光子。這種光子隨即又會引起周圍的原子發生同樣的變化，即發射出光子。最終，在激光器的引導下，這種光子產生穩定的集中束流，即我們所見到的激光。其實，人們才能知曉那些，離不開理論化學學家馬克斯·普朗克及其發覺的量子熱學原理。普朗克強調，原子的能量級別不是連續的，而是分散、不連貫的。當原子發射出能量時，是以在離散值上被叫做量子的最小基本單位進行的。激光器工作的原理，實際上就是迸發一個特定量子充溢能量。
專門挑戰極端的超精密體溫計
假如用普通的醫用體溫計，去檢測比絕對零度低百分之一的體溫，這支濕度計的下場可想而知。這么怎樣去對付這樣的極端氣溫呢？哈佛學院的研究人員發明了一支可以對付這種情況的神奇體溫計。它除了能在極端環境中保持堅挺，更才能提供無比精確的數值。
為制做這些氣溫計，研究團隊必須重新梳理體溫計的設計思路。例如獲得精確數值的方法。辛運的是，在找尋精確的過程中，科學家們利用量子隧洞得到了自己想要的答案。如同鉆入山體內部而不是在其表面爬上爬下，粒子在穿越勢壘的過程中，形成出了量子噪音。使用研究團隊的量子溫度計去檢測這種噪音，便才能精確地得出實驗物體的體溫。
盡管這些氣溫計對于普通人的日常生活并沒有太大的意義，而且在科學實驗室，尤其是這些須要極低氣溫環境的材料實驗室它就可以大展身手了。如今，研究者們還在努力通過各類手段提升該氣溫計的精確性，并期望隨著它應用范圍的拓展，更極端的科研環境都可以從中獲益。
人人都愛量子計算機
在1965年發表的一篇論文中，英特爾公司的聯合創始人戈登·摩爾對計算機技術的未來發展，做了一些簡陋但卻意義深遠的預測。其中最重要的一條便是日后知名的摩爾定理：每平方公尺集成電路上晶體管的數目，每18個月便會翻兩倍。這一定理對計算機技術的發展形成了深遠影響，然而現今，摩爾定理雖然走到了盡頭，由于到2020年，硅芯片將會達到自身的數學極限，而隨著晶體管容積的不斷縮小，它們將開始遵守量子世界的各類規律。
和量子世界的規律“抱有敵意”相比，迎合量申時代其實才是人們最好的選擇。明天，這些從事量子計算機研究的科學家做的正是這件事情。相比傳統計算機，量子計算機具有無可比擬的巨大優勢：并行處理。利用并行處理的能力，量子計算機就能同時處理多重任務，而不是像傳統計算機那樣還要分出輕重緩急。量子計算機的這一特點，注定它在未來將以指數級的速率趕超傳統計算機。
不過，在量子估算成為現實之前，科學家們還須要克服一些艱辛挑戰。例如，量子計算機使用的是比傳統比特儲存能力高出許多的量子比特，然而不幸的是，量子比特特別未能創造下來，由于這須要多種粒子共同組成網路。直至現今，科學家只還能一次性將12種粒子纏連上去。而量子估算機若要實現商業化應用，起碼須要將這個數字降低數十倍甚至上百倍。
想曉得哪些是真正的瞬時通訊嗎
量子熱學在過去的時光里為人們帶來的成就彌足珍稀，但科學家們有理由相信，其在未來會奉獻的更多。
如今，當你在手機、短信、郵件以及MSN、飛信等等諸這么類的通訊工具之間穿行時，可能以為自己早已被所謂的“瞬時通訊”覆蓋。實際上，你發出的聲音、文字、圖像都須要一點時間能夠達到目的地，或長或短而已。現今的人們日常所能用到的通訊方法，所需時間都非常短，但在很遠的未來，人和人之間的交流不會只限于大洲與大洲之間，而可能須要橫貫星體，這就使通訊時間大大的降低——譬如說，在去年8月6日，“好奇”號火星車登錄火星，傳回的訊號抵達月球就有十幾分鐘的延后。但這還只是在太陽系中月球和火星的距離，假若將距離延展的更遠，這么科學家們覺得，只有量子熱學才有能力真正實現“即時”的通訊，無論距離多遠。
使瞬時通訊成為現實的關鍵，在于被稱為量子糾纏的量子熱學現象——愛因斯坦稱其為“幽靈般的遠距作用”，指處于糾纏態的兩個粒子雖然距離遙遠，也保持著非常的關聯性，對一個粒子的操作會影響到另一個粒子。簡單來說就是，當其中一個粒子被檢測或則觀測到，另一個粒子也急劇在頓時發生相應的狀態改變。這些如同“心電感應”般的一致行動，已超出了精典數學學規則的解釋范疇，因而才被愛因斯坦視作鬼魅。但借助量子糾纏，我們可以操縱其中一個粒子造成對應粒子的即時、相應變化，進而完成收發“宇宙短信”的動作。
不過，這一應用還面臨著最大的問題：一些化學學家堅持覺得糾纏的粒子實際上并不能傳送信息。若果是這樣的情況，那我們的名單中的下一個項目，則永遠不會成為現實。
遠距傳輸從懸疑到現實
懸疑片，尤其是太空題材的，最愛遠距傳輸：偌大的一個人，在一個地方神秘消失，不須要任何載體的攜帶，又在另一個地方頓時出現。
遠距離傳輸就是量子態隱型傳輸，是在無比獨特的量子世界里，量子呈現的“糾纏”運動狀態。該狀態的光子就像有“心電感應”，能使須要傳輸的量子態“超時空穿越”，在一個地方神秘消失，不須要任何載體的攜帶，又在另一個地方頓時出現。在“超時空穿越”中它傳輸的不再是精典信息，而是量子態攜帶的量子信息，這種量子信息是未來量子通訊網路的組成要素。
此前，IBM團隊的6名工程師證明，遠距傳輸完全可以實現，起碼從理論上來講是這樣。但必須注意的是，“原對象”在此過程上將消失——因為遠距傳輸可不是“傳真機”，你原先那份“文件”是會被它銷毀的。其似乎“復制”原物體的過程，實際也是對原物體的一種改變。
2009年，法國喀麥隆太原立學院聯合量子研究所的科學家進行的“量子信息處理”的實驗中，成功地實現了從一個原子到1米外的一個容器里的另一個原子的量子隱型傳輸。雖然在實驗中是一個原子轉弄成另一個原子，由第二個原子飾演起第一個原子的角色，與“原物傳送”的概念不同，但原子對原子的傳輸，卻對于研發超密超快的量子計算機和量子通訊具有重大意義。
沒錯，遠距傳輸并除了在傳輸物體這一目標上才有價值，在達到這一目的之前，通往“圣域”的各項研究也被證明在其他多重領域大有作為。而所有的量子熱學研究，甚至人類所有的科學活動，亦同此理。