这两天比较火的量子科技是什么?
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量子(quantum)是现代物理的重要概念。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的,并把最小单位称为量子。
量子一词来自拉丁语quantus,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”,它最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的,只能取能量基本单位的整数倍,从而很好地解释了黑体辐射的实验现象。
通俗地说,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。
解读量子科技还要从量子力学说起。量子力学发源于20世纪初,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,如果一个物理量存在最小的不可分割的基本单位,则这个物理量是量子化的。
量子力学中有一些“违背常理”的特点,如著名的难知死活的“薛定谔的猫”等。但相关理论不断获得实验支持,在一百多年里催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等,改变了世界面貌。
玻尔是量子理论的奠基人,得出量子理论的三大基本准则:
态叠加世界:在量子世界,一切事物处于不同状态,各种状态可以并存。猫可能活着也可能死了,猫也可能既活着也死了。
测不准原理:叠加态不可能精确测量,这个不可能是宇宙的终极规律,或许就是我们的这个三维宇宙的终点。
观察者原理:一个物体都会有一个最终状态,而这个最终状态并非取决于物体本身,而是取决于谁来观察,从什么角度。
这三条准则完全推翻了经典物理学依赖的数学之美,最要命的是第三条,你的成绩好不好,你的钱多不多,并不取决于实际干了什么,而是你看到了什么,颇有唯心论的意思。以至于老对手爱因斯坦反驳:我不相信上帝用骰子来决定宇宙!玻尔则以“不要告诉上帝怎么做”予以回应。
量子科技有多厉害?
谷歌曾称,世界第一的超级计算机要算一万年的实验,量子计算机只用200秒就能算完;目前全球一年产生的数据需要百亿TB的存储量才能完成,而未来的量子存储设备,可能只需指甲盖大小就能存储人类几百年的信息数据。
而更多量子领域的现象还未得到科学解释:超导体,完全屏蔽磁场;超流体,内部摩擦力为零;时间晶体,经典时空对称破缺;不用光的反射成像;可以通过光改变引力为斥力的卡西米尔效应;单原子酶催化,背后量子隧穿现象等等。可以说,量子科技就是人类科学认知的极限。
科技发展到今天,我们看到的世界,仅仅是整个世界的5%。这和1000年前人类不知道有电场、磁场,以为天圆地方是一样的。随着量子科技的发展,指不定哪一天暗物质、暗能量、量子纠缠都能得到解释。
在量子信息技术中,具有代表性的是量子通信、量子计算、量子测量。这也是各主要科技大国重点抢占的战略技术高地。
在三大量子信息技术中:
我国在量子通信领域已经走到了世界前列,在量子计算和量子测量方面,虽然在一些领域也取得了世界领先,但整体上还和美国等科技强国有些实力差距。
从我们日常生活来看,量子技术还没到走近千家万户的阶段。尽管这一天会到来,但还不是现在。
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