教你认识什么是”物理量子

小编为您收集和整理了教你认识什么是”物理量子的相关内容：我在20世纪80时代初期开端致力于量子光学研讨，90时代初又扩展到刚刚萌发的量子信息范畴。其时国内学术界对量子信息范畴的研讨呈现出适当严寒的状况，民众更是将量子力学视为高悬在学术殿堂之上的圣物，敬而远

我在20 世纪80 时代初期开端致力于量子光学研讨，90 时代初又扩展到刚刚萌发的量子信息范畴。其时国内学术界对量子信息范畴的研讨呈现出适当严寒的状况，民众更是将量子力学视为高悬在学术殿堂之上的圣物，敬而远之。

近几年来，跟着量子信息的飞速发展，加上媒体的大力烘托，量子已成为人们津津有味的论题，有的乃至将量子现象描绘得奥秘无比，似乎国际上一切难以解决的工作都可归结到量子羁绊上。单个学者不实的夸张宣扬，部分媒体的不断炒作，形成当时关于量子国际五花八门的奇谈怪论，引发各界剧烈的争辩。

终究量子力学能为人类供给什么实在有用的技能？现在宣扬的量子现象，哪些是科学的预言，哪些是臆造出来的虚无之物？在学术界朋友的敦促下，我将媒体种种谈论会聚为十个问题，谈谈个人的观点。究竟量子国际美妙无比，没人敢断语已彻底参透了量子国际的真髓。量子十问系列科普短文只不过是一得之见，供读者参详、争辩。

我要感谢中科院量子信息要点实验室的周正威、孙方稳、李海欧、周宗权等师生的通力帮忙，才能在较短时间内撰写好这一系列科普文章。

1900 年，普朗克首次提出量子概念，用来解决困惑物理界的紫外灾难问题。

普朗克假定，光辐射与物质相互作用时其能量不是连续的，而是一份一份的，一份能量就是所谓量子。从此量子论宣告诞生。

然而当时的物理界，包括普朗克本人，都讨厌量子这个怪物，千方百计想要将它消化在经典物理的世界之中，但却屡试不果。唯有爱因斯坦独具慧眼，他认为光辐射不仅在于与物质相互作用时的能量是一份一份的，光辐射的能量，本身就是量子化的，一份能量就是光能量的最小单元，后来称之为光量子，或简称光子。

法国年轻的博士生德布罗意在爱因斯坦光子概念的启发下提出：既然看似波动的光辐射，具有粒子特性，那么像电子这类看似粒子的物质，也应具有波动性。这就是德布罗意物质波的概念，由此引发后继大量理论与实验研究，证实所有微观粒子都同时具有波动性和粒子性二象性。这些奇异特性的微观粒子构成 量子世界，遵从量子力学的运动定律。

普朗克 德布罗意 费曼

随着科学技术的发展， 人们认识到量子世界不仅限于微观和单个粒子，某些宏观尺度下的多粒子系统也遵从量子力学规律。例如玻色爱因斯坦凝聚（BEC），当原子聚合的温度足够低时，所有处于不同状态的原子，会突然聚集在同一个尽可能低的能量状态上，其行为就像一个放大的玻色子，遵从量子力学规律。

玻色爱因斯坦凝聚

我们按物理运动规律的不同，将遵从经典运动规律（牛顿力学，电磁场理论）的那些物质所构成的世界称为经典世界，将遵从量子力学规律的那类物质所构成的世界称为量子世界。量子就是量子世界中物质客体的总称，它既可以是光子、电子、原子、原子核、基本粒子等微观粒子，也可以是BEC、超导体、薛定谔猫等宏观尺度下的量子系统，其共同特征就是必须遵从量子力学的规律。
举一个例子说明 量子 与经典的本质区别。经典世界的特点是物体的物理量、状态在某个时刻是完全确定的：晶体管要么导通，要么关闭，完全确定。即经典信息要么是0，要么是1，毫不含糊。但量子世界中，客体的物理量则是不确定的、概率性的，而且这种不确定性与实验技术无关，是量子世界的本质特征，无法消除。这个特征体现在量子力学中重要的量子态叠加原理上。
量子态记作| ，是科学家引进量子力学中用来描述量子系统的状态，其运动规律是薛定谔方程。
量子态又称波函数或几率幅，它没有任何经典对应。尽管人们并不喜爱量子国际的这种描绘，因为它与咱们所了解的经典国际天壤之别，但一百多年来一切试验都证明了量子力学的一切预言，人们不得不供认这种描绘是正确的。
闻名物理学家费曼说，量子力学的微妙之处就是引进几率幅| 。
假定量子客体有两个断定的或许状况0 或许1， 一般写成|0 、|1 ，因为量子状况（写成| ）是不断定的，它一般不会处于|0 或|1 的断定态上，只能处于这两种断定态按某种权重叠加起来的状况上，这就是量子国际独有的量子态叠加原理，用数学表明为| = |0+ |1 。其间，为复数，且满意||2 + | |2 = 1 。
量子信息以| 为信息单元，称为量子比特。这从根本上差异于经典信息，后者以|0 或|1 为信息单元，俗称比特。
正是量子态| 的种种奇特特性导致量子信息技术的功能能够打破经典的物理极限，为人类开辟新一代的信息技术。
事实上，量子力学的一切奇特特性正是源于这个几率幅。当然，近百年来对量子力学争论不休也在于这个几率幅（量子态）。
现在，网络上撒播什么量子肥料、量子水等忽悠人的词，将来还或许呈现量子炸弹、量子导弹这些忽悠群众的名词将本应光芒纯真的学术范畴炒作得乌烟瘴气，真假不分，滥竽充数。
其实，人们只需搞懂量子比特的实质，就能够拆穿假量子的圈套。简略的判据就是看它是否应用到量子比特，即|0 和|1 的叠加态。
例如，激光测距试验，从方针反射回来的光束，其强度随间隔不断衰减，当探测器无法探测到光时，就是最长的丈量间隔。当然，假如选用单光子探测器，则丈量间隔必定增加。

激光测距

这儿测到的是单个光子，是否能够称它为量子测距呢？

答案是否定的，由于它没用到光子的量子态，这仅仅将测距灵敏度提高到极限罢了，仍归于经典领域。密立根当年在试验上丈量单个电子的电荷，尽管选用单个电子，但这依然属经典物理试验，由于在该试验中，单电子仅仅作为电荷最小单元，而未涉及到任何量子特性。

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