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揭秘微觀世界“小精靈”:量子為人類打開“新世界”
2017-05-03 19:24:15 來源: 新華社
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  新華社上海5月3日電  題:揭秘微觀世界“小精靈”:量子為人類打開“新世界”

  新華社記者陳芳、徐海濤、周琳

  5月3日,中國首臺多光子可編程量子計算機在上海亮相,演示了超越早期經典計算機的量子計算能力,並在世界上首次成功實現十個超導量子比特糾纏。

  首顆量子科學實驗衛星“墨子號”升空,全球首條遠程量子通信骨幹網“京滬幹線”將正式啟用。究竟什麼是“量子”,它如何改變我們的生活?今天,讓我們一起來認識一下這個微觀世界裏的“小精靈”。

  “量子”是什麼?量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生于1900年,物理學家普朗克在德國物理學會上公布了他的成果,成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。

  我們中學物理書上提到的分子、原子、電子,其實都是量子的不同表現形式。也可以説,我們的世界都是由量子組成的。而我們每個人,都是“24K”純量子産品。

  中國科學技術大學教授朱曉波説,在我們生活的宏觀世界裏,物體的位置、速度等運動規律,都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界裏,有著與宏觀世界截然不同的規則。

  量子的神秘之處首先體現在它的“狀態”。在宏觀世界裏,任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態和確定的位置。但在微觀世界裏,量子卻同時處于多種狀態和多個位置的“疊加”。

  量子力學的開創者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一只貓來比喻量子態疊加:箱子裏有一只貓,在宏觀世界中它要麼是活的,要麼是死的。但如果在量子世界中,它同時處于生和死兩種狀態的疊加。

  更為詭異的是,量子的狀態還經不起“看”。也就是説,如果你去測量一個量子,那麼它就會從多個狀態、多個位置,變成一個確定的狀態和一個確定的位置了。如果你打開“薛定諤的箱子”,貓的疊加狀態就會消失,你會看到一只活貓或一只死貓。

  如果説一個量子已經很“奇怪”,那麼當兩個量子“糾纏”在了一起,那種不確定性連愛因斯坦都受不了了。根據量子力學理論,如果兩個量子之間形成了“糾纏態”,那麼無論相隔多遠,當一個量子的狀態發生變化,另一個量子也會超光速“瞬間”發生如同心靈感應的變化。

  雖然直至今天,人類仍然還沒搞清楚量子為何如此之“神秘”,但國際主流學界已經接受了量子這種特殊性的客觀存在。更重要的是,人們可以利用量子的奇異特性開發創新型應用,比如量子通信和量子計算。

  例如,量子通信是科學界利用量子特性最早開發的信息應用,它的出現也與時代的需求息息相關。其“不可分割”“測不準”“不可克隆”等特性,使得理論上“絕對安全”的量子通信成為可能。

  而基于量子的疊加態與糾纏特性,量子計算機被認為將是最具威力的量子信息應用。此次亮相的多光子可編程量子計算機,就是探索之一。未來,其超級計算能力的實現,將為金融分析、氣象預報、藥物設計等大規模計算提供全新的方案。量子計算機還可以通過“模擬”,來解決科學研究中的一些未解之謎。

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【糾錯】 責任編輯: 劉笑冬
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