新華社合肥10月19日電 題：科普：量子是什么？從“微觀(guān)世界規律”到人類(lèi)“新物理革命”

　　記者徐海濤、董瑞豐

　　19世紀末，歐洲一些學(xué)者認為從牛頓力學(xué)到熱力學(xué)、電磁理論，人類(lèi)的“物理學(xué)大廈”已全部建成，再沒(méi)有多少可研究的了。

　　但是，在1900年，德國物理學(xué)家馬克斯·普朗克提出了量子理論，為人類(lèi)開(kāi)啟了探索“微觀(guān)世界規律”的“新物理革命”。量子理論也與相對論一起，成為現代物理學(xué)兩大支柱。

　　打開(kāi)“量子之門(mén)”：微觀(guān)世界里的奇妙“疊加”與“糾纏”

　　量子是什么？根據量子理論，量子是最小的、不可再分割的能量單位。我們中學(xué)物理書(shū)上提到的分子、原子、電子，其實(shí)都是量子的不同形式�？梢哉f(shuō)，我們的世界由量子組成，我們每個(gè)人都是“24K”純量子產(chǎn)品。

　　在我們日常生活的宏觀(guān)世界里，物體的位置、速度等，都可以通過(guò)經(jīng)典力學(xué)精確測算。但在微觀(guān)量子世界里，卻有著(zhù)截然不同的奇妙物理規則，最有代表性的是“疊加”與“糾纏”。

　　在宏觀(guān)世界，任何物體在某一時(shí)刻都有確定的狀態(tài)和位置。但在微觀(guān)世界，量子卻同時(shí)處于多種狀態(tài)和多個(gè)位置的“疊加”。

　　物理學(xué)家薛定諤曾用一只貓比喻量子疊加：箱子里有一只貓，在宏觀(guān)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。

　　如果用一個(gè)人來(lái)比喻，他不僅同時(shí)處于生和死兩種狀態(tài)的疊加，還可以同時(shí)身處多個(gè)地點(diǎn)，比如既在北京又在上海。

　　更難以想象的是，量子的狀態(tài)還經(jīng)不起“看”：如果你去測量，它就會(huì )從多個(gè)狀態(tài)、多個(gè)位置，變成一個(gè)確定的狀態(tài)和位置了。也就是說(shuō)，如果你打開(kāi)“薛定諤的箱子”，貓的疊加態(tài)就會(huì )消失，你會(huì )看到一只活貓或一只死貓。而“量子人”的“分身術(shù)”也會(huì )消失，他會(huì )出現在北京或上海。

　　疊加已經(jīng)很奇妙，但當兩個(gè)量子“糾纏”在一起，那種奇怪連愛(ài)因斯坦都難以接受。

　　根據量子理論，如果兩個(gè)量子之間形成“糾纏態(tài)”，那么無(wú)論相隔多遠，當一個(gè)量子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)也會(huì )“瞬間”發(fā)生相應變化。愛(ài)因斯坦曾把這一現象稱(chēng)作“鬼魅般的超距作用”。

　　從“被動(dòng)”到“主動(dòng)”，兩次“量子革命”深刻改變人類(lèi)文明

　　量子理論誕生一百多年來(lái)，國際學(xué)界運用多種實(shí)驗和數學(xué)方法檢驗均發(fā)現，量子的奇妙特性客觀(guān)存在。

　　“量子力學(xué)是一個(gè)神秘的、令人捉摸不透的學(xué)科，我們誰(shuí)都談不上真正理解，只是知道怎樣去運用它�！泵绹�物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者穆雷·蓋爾曼曾這樣說(shuō)。

　　“量子理論的出現，在上世紀引發(fā)第一次量子革命，催生了現代信息技術(shù)�！敝锌圃涸菏�、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(cháng)潘建偉介紹，基于量子理論，核能、激光、半導體等科技得以問(wèn)世，進(jìn)而發(fā)展出計算機、互聯(lián)網(wǎng)、手機等重大應用。

　　進(jìn)入21世紀，量子領(lǐng)域的新發(fā)現、新理論、新技術(shù)密集涌現，預示著(zhù)“第二次量子革命”已進(jìn)入加速期、起跑期。

　　“第二次量子革命的戰鼓已敲響！”英國《自然》雜志評論說(shuō)。

　　“第一次量子革命，人們只問(wèn)量子理論能讓我們做什么，不去問(wèn)為什么，是被動(dòng)的觀(guān)測與應用�！敝锌圃涸菏�、中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗室主任郭光燦說(shuō)，第二次量子革命則是主動(dòng)利用量子特性，開(kāi)發(fā)出量子通信、量子計算和量子精密測量等創(chuàng )新應用。

　　這些應用的革命性在哪里？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，量子通信可以在理論上做到通信的絕對保密，量子計算可以令人類(lèi)的運算能力實(shí)現指數級增長(cháng)，比如傳統計算機需要數萬(wàn)年才能破解的復雜密碼，量子計算機幾秒鐘內就能破解。傳統測量技術(shù)最小只能探測到微米量級，而量子測量可以進(jìn)一步精細千倍、萬(wàn)倍達到原子量級。

　　中國量子崛起，美好未來(lái)可期

　　如今，量子科技已成為國際上風(fēng)起云涌的戰略科研方向。近期，歐盟擬投資80億歐元支持新一代超級計算技術(shù)，量子計算是其中重要內容。美國開(kāi)通國家量子協(xié)調辦公室網(wǎng)站，并發(fā)布了聚焦八大研究領(lǐng)域的《量子前沿報告》。

　　而經(jīng)過(guò)三十多年努力，中國已崛起為國際量子科研版圖上的重要力量，在多個(gè)戰略方向上實(shí)現領(lǐng)跑或進(jìn)入第一陣營(yíng)。

　　近年來(lái)，我國多次創(chuàng )造量子比特糾纏數量的世界紀錄；發(fā)射世界首顆量子實(shí)驗衛星“墨子號”，實(shí)現千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)三大科學(xué)目標；開(kāi)通世界首條量子保密通信干線(xiàn)“京滬干線(xiàn)”，實(shí)現世界首次洲際量子保密通信。

　　當前，量子科技已進(jìn)入“產(chǎn)業(yè)化前夜”。展望未來(lái)，量子計算有望為藥物研發(fā)、能源勘探、金融分析、氣象預報等大規模計算提供全新方案；量子測量發(fā)揮測量精度、靈敏度優(yōu)勢，有望在科研、醫療、能源、災害預防等領(lǐng)域大顯身手；量子通信融合量子計算技術(shù)，構成高速、安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，與人工智能、區塊鏈等技術(shù)相結合，可為人類(lèi)生活增添無(wú)限可能。