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量子|量子是什么？从“微观世界规律”到人类“新物理革命”

新华社合肥10月19日电 题：科普：量子是什么？从"微观世界规律"到人类"新物理革命"
采访人员徐海涛、董瑞丰
19世纪末 ， 欧洲一些学者认为从牛顿力学到热力学、电磁理论 ， 人类的"物理学大厦"已全部建成 ， 再没有多少可研究的了 。
但是 ， 在1900年 ， 德国物理学家马克斯·普朗克提出了量子理论 ， 为人类开启了探索"微观世界规律"的"新物理革命" 。 量子理论也与相对论一起 ， 成为现代物理学两大支柱 。
打开"量子之门"：微观世界里的奇妙"叠加"与"纠缠"
量子是什么？根据量子理论 ， 量子是最小的、不可再分割的能量单位 。 我们中学物理书上提到的分子、原子、电子 ， 其实都是量子的不同形式 。 可以说 ， 我们的世界由量子组成 ， 我们每个人都是"24K"纯量子产品 。
在我们日常生活的宏观世界里 ， 物体的位置、速度等 ， 都可以通过经典力学精确测算 。 但在微观量子世界里 ， 却有着截然不同的奇妙物理规则 ， 最有代表性的是"叠加"与"纠缠" 。
在宏观世界 ， 任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置 。 但在微观世界 ， 量子却同时处于多种状态和多个位置的"叠加" 。
【量子|量子是什么？从“微观世界规律”到人类“新物理革命”】物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加：箱子里有一只猫 ， 在宏观世界中它要么是活的 ， 要么是死的 。 但在量子世界中 ， 它可以同时处于生和死两种状态的叠加 。
如果用一个人来比喻 ， 他不仅同时处于生和死两种状态的叠加 ， 还可以同时身处多个地点 ， 比如既在北京又在上海 。
更难以想象的是 ， 量子的状态还经不起"看"：如果你去测量 ， 它就会从多个状态、多个位置 ， 变成一个确定的状态和位置了 。 也就是说 ， 如果你打开"薛定谔的箱子" ， 猫的叠加态就会消失 ， 你会看到一只活猫或一只死猫 。 而"量子人"的"分身术"也会消失 ， 他会出现在北京或上海 。
叠加已经很奇妙 ， 但当两个量子"纠缠"在一起 ， 那种奇怪连爱因斯坦都难以接受 。
根据量子理论 ， 如果两个量子之间形成"纠缠态" ， 那么无论相隔多远 ， 当一个量子的状态发生变化 ， 另一个也会"瞬间"发生相应变化 。 爱因斯坦曾把这一现象称作"鬼魅般的超距作用" 。
从"被动"到"主动" ， 两次"量子革命"深刻改变人类文明
量子理论诞生一百多年来 ， 国际学界运用多种实验和数学方法检验均发现 ， 量子的奇妙特性客观存在 。
"量子力学是一个神秘的、令人捉摸不透的学科 ， 我们谁都谈不上真正理解 ， 只是知道怎样去运用它 。 "美国物理学家、诺贝尔奖获得者穆雷·盖尔曼曾这样说 。
"量子理论的出现 ， 在上世纪引发第一次量子革命 ， 催生了现代信息技术 。 "中科院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟介绍 ， 基于量子理论 ， 核能、激光、半导体等科技得以问世 ， 进而发展出计算机、互联网、手机等重大应用 。
进入21世纪 ， 量子领域的新发现、新理论、新技术密集涌现 ， 预示着"第二次量子革命"已进入加速期、起跑期 。
"第二次量子革命的战鼓已敲响！"英国《自然》杂志评论说 。
"第一次量子革命 ， 人们只问量子理论能让我们做什么 ， 不去问为什么 ， 是被动的观测与应用 。 "中科院院士、中科院量子信息重点实验室主任郭光灿说 ， 第二次量子革命则是主动利用量子特性 ， 开发出量子通信、量子计算和量子精密测量等创新应用 。
这些应用的革命性在哪里？简单来说 ， 量子通信可以在理论上做到通信的绝对保密 ， 量子计算可以令人类的运算能力实现指数级增长 ， 比如传统计算机需要数万年才能破解的复杂密码 ， 量子计算机几秒钟内就能破解 。 传统测量技术最小只能探测到微米量级 ， 而量子测量可以进一步精细千倍、万倍达到原子量级 。
中国量子崛起 ， 美好未来可期


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