什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

2020-05-07 大科普

縱觀古今,想必是不難以看出,如今是一個日新月異的時代。古時可視為荒誕不經的事情都可以在這個21世紀上演,就比如兩人相隔千裡,卻能通話。所有現代人知道,是因為手機,那麼手機又是怎麼來的呢?是因為科技。而科技中的微電子技術在20世紀的高度發展,為人們提供了古時難以想像的便利,也讓人類社會進入了信息化社會。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

1、 簡略介紹量子的概念及其特徵

量子確切來說只是一個單位,亦是光子、電子、原子等微觀粒子的統稱,毫不誇張的說,量子代表著微觀世界。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

而在微觀世界中,存在著許多在現實生活中無法解釋或是無法理解的特性。諸如量子態的疊加性。常人看來是個什麼都不知道。疊加?看意思是指兩個或多個量子層層疊疊的覆蓋在一起嗎?舉一個宏觀世界的例子,一臺電腦同時打開QQ和微信,這是否就是量子所形成的量子信息的疊加?講到量子的疊加性,就不得不講一下依據量子疊加性而來的一個結合宏觀世界的幾乎是人人都耳熟能詳的實驗了——薛丁格的貓。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

薛丁格的貓是一個假想實驗,想來薛丁格養貓總不可能是拿貓來做實驗這類喪心病狂的事的,薛丁格應該也是很喜歡他自己養的貓的,不然應該也不會連做一個量子假想實驗也想著他的貓。好了,言歸正傳,不說題外話了。薛丁格的貓這一假想實驗具體是這樣的。一個密閉盒子裡,放著一個放射源和一隻貓,每一秒鐘,都有一半的概率,也就是百分之五十的可能放射出一個粒子,而另外的一半概率,則不會釋放粒子。而一旦釋放粒子就會牽動傳動機降下大鐵棒砸到毒氣瓶子,毒氣釋放,貓咪死亡,但如若沒有釋放粒子,那麼傳動機也就不會被觸發以致於貓咪死去。好了,問題來了,一秒鐘後,貓死了還是活著?一秒鐘前,粒子處於放出於不放的疊加態,而貓咪就處於被毒氣毒死與不被毒死的疊加態,一秒鐘後,不管是死是活都是五五開。

按照薛丁格的貓的這一假想實驗的原理,結合宏觀世界,也就是我們所處的現實,其實我們很多時候都處在一個疊加態上。就好比如,一位學生還有一分鐘就要寫完作業了,那麼在下一分鐘,他是要複習功課還是去玩耍呢?當對個體來說,這個概率應該是五五開,畢竟你不知道這位學生是想要複習還是玩耍。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

講完量子態的疊加性,想來大家都應當有所了解了,那就可以來講講量子態的糾纏性了。為了方便沒有了解過這一方面的讀者的理解,還是用宏觀世界來舉例。畢竟量子態的糾纏性的術語解釋看一遍真的是難以理解,所以還是舉個關於現實的例子好了。

依舊用先前舉例過的學生的例子,一個再過一分鐘就可以寫完作業的學生,一分鐘後,他是會繼續複習學習,還是會去看電視,還是會去玩手機,或是其它可能的行為?就幾百個字的距離,想來大家應該都還記得在前文量子的疊加態中有講到過一個條件,那就是&34;。而量子的糾纏性,在那一分鐘後即將寫完作業的基礎上,將不再只有兩種概率相同的結果,而是概率不盡相同的多個結果。講的再明白一點的話就是,那個再過一分鐘就可以寫完作業的學生一分鐘後有百分之十的可能繼續複習學習,百分之二十的可能去看電視,百分之五十的可能去玩手機,百分之二十的可能出門找同學玩。這就是量子的糾纏性。

在量子的主要特徵中,還有其它許多的主要特徵,諸如量子的相干性,量子的不可克隆定理,量子的&34;等等。因為篇幅的原因,就不多加以贅述了,只撿其中一些簡單的講一下。

量子的相干性是指在微觀世界中,量子與量子之間以一對一,一對多,多對多的模式互相影響,互相交融,互相排斥。

量子的不可克隆定理是指每一個量子都獨一無二,不可能會有重複的完全相同的量子,人們也不可能將一個量子複製。

2、 量子對於人們生活的改變

微電子技術的大力發展是在20世紀開始的,看看身邊的電腦,手上的手機,不說大話的表示,這些最開始的基礎源於微電子技術。那麼,量子,在其中起到了什麼作用呢?又與微電子技術有什麼關係呢?畢竟單看看微電子技術和量子,不了解的人似乎沒察覺出有什麼關聯。前文中有所提及量子是光子、電子、原子等微觀粒子的統稱,再看看微電子技術,這樣一來是否就明白了?

人們現在之所以可以時時通信,還有舊時所說的計算機,現在俗稱的電腦,都是在量子技術的基礎上,在量子通信技術,量子計算機技術的基礎上達成的。確切的來說,計算機之所以能夠如此有比之普通人類望之驚嘆的高速的運算,快速的在網上手機上傳送信息,及其關於通信能夠保密不可為別人所知道等一系列的現代化進程中不可思議的其它有關信息的事物,都是運用了量子的若干特徵性達以實現的。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

也許對於現代人來說,手機電腦什麼的東西都只是平常的,普通的事物,但對於過去來說,僅僅是與現在21世紀相差不遠的19世紀,這些對於常人來說,都是無可想像,可認為是神之產物的東西。

量子技術,是21世紀人類給予自身的最好的禮物。

3、 量子的未來

在許許多多的科幻小說、異能小說中,有時候會有&34;這一現象的發生。而針對&34;,幾乎是所有的人,都應該只會認為不過是一種幻想,一種在現實世界中絕對不可能實現的幻想。如若是跑到大街上,或是網上說:&34;準是要被人扭送精神病醫院的。

但是,如果&34;加上量子力學原理,竟是有理有據可以真實實現的。

先前講過根據量子技術的基礎而造成的電腦,說的簡單一點,一臺電腦傳送一個文件到另一個電腦,這個文件相當於是一種凝聚了許許多多的0和1所組成的信息。那麼&34;,用理想的角度來假想,提取那個即將&34;的人的&34;信息,將&34;信息傳送到另一個地點,然後通過傳送過來的&34;的信息,重新結構成與&34;前一刻相同的&34;信息,這樣一來,&34;就完成了。

什麼是量子,量子為人們帶來了什麼?

現代社會,經歷了科技爆發,發展出了許多舊時、古時,難以想像的事物。這在今日也許只是平常,但若是回望古時,那可真當可以稱一句&34;。現在科技仍在不停進步,也許會走入歧途,也許會一帆風順,會有假想被推翻,會有假想被實現,還會有新的假想出現。但是,不可否認的,科技在進步,量子猶可期。

相關焦點

  • 量子世界意味著什麼?時至今日,量子力學仍然讓人們感到困惑
    在量子歷史的第二個階段,人們可以討論相對於牛頓世界的量子世界。這個原理是量子力學的一個基礎性構成,它意味著同時知道一個粒子的位置和動量是不可能的事情,這個原理幫助改變了很多詞語的意思,包括不確定性、隨機性、可能性、原因和概率。幾個科學家希望站穩腳跟恢復牛頓學說的世界,有些科學家試圖用公眾可以理解的語言來解釋發生了什麼。量子力學意味著什麼?
  • 什麼是量子?量子科技上升為國家戰略
    實際上,量子科技並非無法言傳,它是完全可以理解的。「量子」是什麼?量子科學之所以顯得神秘,首先這個名字就是一大原因。看到「量子」這個詞,許多人在「不明覺厲」之餘,第一反應就是把它理解成某種粒子。什麼是「量子力學」?量子力學和相對論是二十世紀的兩大科學革命,對人類的世界觀產生了強烈的震撼。但論公眾中的知名度,量子力學似乎比相對論低得多。
  • 什麼是量子,什麼是量子糾纏,什麼是量子化,量子產品健康應用
    01什麼是量子量子(quantum)是現代物理的重要概念。即一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的,並把最小單位稱為量子。02什麼是量子糾纏在量子力學裡,當幾個粒子在彼此相互作用後,由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質,無法單獨描述各個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,則稱這現象為量子纏結或量子糾纏(quantum entanglement)
  • 未來的量子計算能為我們帶來什麼
    基因定位到太空探索,人類活動帶來了越來越多的數據。這些海量數據的處理已經遠遠超過了經典計算機的能力範圍。基於這種情況,在挖掘大數據潛在價值的過程中,量子計算將扮演重要角色。飛機機翼設計是一個特別複雜的情況,量子計算機則可以提供更有效的設計、形成最佳的製造方案,許多飛機製造商都很重視量子計算機帶來的變革。從2013 年秋季量子計算機開始運行以來,NASA 的研究人員就一直在使用它來研究空中交通管制,包括自主性、機器人、導航和通信、系統診斷、模式識別、異常檢測、任務規劃和調度等領域的優化問題。
  • 科學帶來新的拓撲量子,將會給人類帶來巨大好處,拓步量子是什麼
    隨著科學的斷進步,人們開始在量子學領域擴展,其實量子學對於我們的世界來說是至關重要的學科。一旦人類能真正的揭開量子世界的秘密,那麼無疑將會給人類世界帶來巨大的幫助。量子有很多不同的類型,因此了解量子是不容易的事情,今天美女小倩給大家帶來拓步量子的介紹。
  • 什麼是量子力學?什麼是量子糾纏?為什麼說量子力學很詭異?
    什麼是量子力學?量子力學是描述微觀物質的理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱,許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎所進行的。
  • 「量子密話」到底是什麼?
    「量子密話」到底是什麼?「量子密話」是用量子信息技術來保護通話的安全服務。作為國內首款將5G與量子信息技術緊密結合的移動通信產品,它直接服務於公眾、黨政軍和企事業群體。「量子密話」最主要的特點是充分利用量子隨機數及量子密鑰分發機制來生成認證密鑰及通話密鑰,其密鑰具有真隨機性。用戶每次發起「量子密話」時,通話會隨機抽取晶片內的一個量子密鑰與後臺建立連接、校驗身份信息,認證通過後,再另外實時生成一個新密鑰作為會話密鑰,認證密鑰與會話密鑰分離,用後廢棄。
  • 什麼是量子理論
    確實,當一個現代物理學家被問到什麼是麥克斯韋理論時,他或許會傾向於回答是狹義相對論加上規範不變性.在保持麥克斯韋方程組不變的同時,這些概念真切地告訴我們為什麼表面上複雜的偏微分方程組必須嚴格地採取這樣的形式,它最根本的性質是什麼,怎樣才能將其推廣.這最後一點在現代標準模型中收穫了大量的成果.標準模型的核心是廣義規範不變性,它為遠遠超出麥克斯韋和赫茲能想像的物理現象提供了成功的描述
  • 量子通信是什麼意思?量子通信概念股一覽
    量子通信是什麼意思?量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通訊是近二十年發展起來的新型交叉學科,是量子論和資訊理論相結合的新的研究領域。量子通信是什麼意思量子通信主要涉及:量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等,近來這門學科已逐步從理論走向實驗
  • 什麼是量子力學?| 曹則賢
    本文將系統地解釋什麼是量子(quantum)、什麼是力學(mechanics),在對量子力學創建過程的回顧中講述構成量子力學的具體內容,然後會介紹幾例量子力學帶來的新技術。量子力學從來都不是什麼革命,它只是經典物理學自然的、邏輯的延續。量子力學一如物理學的其它分支,都是人類思想智慧的結晶。量子力學,還有相對論,這些百多年前的頭腦風暴,今天應該成為受教育者的知識標配。
  • 什麼是量子計算?
    量子計算機以量子比特或者說量子二進位數字的形式儲存數據。量子比特很難捉摸,因為既可能是0,1,也有可能二者皆有。量子計算讓編程和數學領域出現一些振奮人心的事情成為可能。量子二進位數字或者量子比特之所以表現為這樣是因為一種叫作態疊加的原理。態疊加原理是量子計算背後的核心法則。我們在討論態疊加時,通常會用到電子這一例子。電子具有自旋的特性,旋轉的方向既可能是向上也可能向下。
  • 量子空間是什麼?量子時間又是什麼?全球的物理學家都在尋找答案
    這些量子場組成了原子、光以及宇宙的全部可見物質,都是由量子力學來描述。我們現在對宇宙的全部理解,一是依靠廣義相對論,從中發展出了宇宙學、天體物理學,以及對引力波和黑洞的研究;二是依靠量子力學,從中發展出了原子物理學、核物理學、基本粒子物理學、凝聚態物理學以及許多其他分支。通過這兩個理論構建出了一幅宇宙圖景,科學家們近乎可以描述一切所見。
  • 谷歌實現量子霸權是什麼意思?谷歌實現量子霸權意味著什麼?
    媒體:你有一臺量子計算機來完成一項非常狹窄、特殊的任務。要想更廣泛地展示量子優勢,需要什麼?皮查伊:你需要建造一臺有更多量子位的容錯量子計算機,這樣你就可以在更廣泛的範圍應用它,更長時間地執行計算任務,從而能夠運行更複雜的算法。但是你知道,如果你希望在任何領域有所突破,你就需要從某個地方開始。借用一個比喻——萊特兄弟。
  • 量子?糾纏?量子糾纏到底是什麼?
    量子糾纏很不同卻也難以理解,不過也有方法可以讓它很容易被理解。加拿大多倫多大學的艾瑪爾(Amar Vutha)的解釋如下:圖解:糾纏是粒子性質間的一種「量子糾正」。(示意圖如上)量子計算機、量子密碼學和與量子相關的東西都經常在新聞中被報導。關於他們的文章不可避免的都會提到糾纏,量子物理學的性質使得這些神奇的裝置成為現實。愛因斯坦將糾纏稱為「幽靈般的超距作用」,這個名字逐漸被人們了解認識。遠遠超過建造量子計算機、在其他方面理解和利用糾纏也是非常有用的。
  • 什麼是後量子密碼學?
    什麼是後量子密碼學?量子密碼學對經典公鑰密碼學意味著什麼?量子密碼學可以解決什麼問題。
  • 量子通信與傳輸能給我們帶來什麼改變?
    隨著量子力學理論相關發明在我們生活中的應用越來越普遍,通信作為人類間交流最重要需求之一自然也離不開量子力學的加持。今天討論的並非產生無線電波的原理,而是在其之上的量子通信應用。什麼是量子通信?而量子通信恰恰滿足了以上所有條件。雖然量子通信不能實現超光速傳輸信息,不過它卻分發了秘鑰,簡單的可以理解為我們將待發送的光子C與糾纏態的光子A發生相互作用(這時候A與B的糾纏態消失,不過兩者都瞬間發生變化),讀取其中產生作用的信息,也就是密碼學中的秘鑰,而同時B光子出也得到相同的一條秘鑰(隨機字符串)。
  • 量子是什麼、量子具有什麼特性、又有什麼作用?一文帶你搞懂
    最近量子這個詞非常火,像前些年的納米這個詞一樣,被廣泛應用在各類產品裡,像什麼「量子波動速讀」,這種方法是從日本漂洋過海來的,號稱孩子用此法可在5分鐘內看完一本10萬字的書籍,並能把內容完整複述,閉著眼也能和書發生感應。宣稱是利用了光的波粒二象性和量子糾纏原理。
  • 量子十問之一:量子究竟是什麼?讀過你就不會相信「量子水」了
    量子十問之一:量子究竟是什麼?讀過你就不會相信「量子水」了2020/10/24 13:09:38 來源:中國產業經濟信息網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【列印】【關閉】核心提示:1900年,普朗克首次提出量子概念,用來解決困惑物理界的「紫外災難」問題。
  • 什麼是量子霸權?「九章」的優勢在哪?九問量子計算機
    新京報快訊(記者 張璐)據中國科學技術大學官網12月4日消息,中國科學家構建了76個光子的量子計算原型機「九章」。根據現有理論,該量子計算系統處理高斯玻色取樣的速度比目前最快的超級計算機快一百萬億倍。什麼是量子計算?「九章」有哪些優勢?
  • 調查員講科技:什麼是量子計算機和量子霸權?
    接著「量子霸權「這個詞成了人們熱議的話題。但是量子計算機這個名字顯得過於專業,晦澀難懂。本篇咱們就來嘗試一下,揭開它神秘的面紗。想要明白什麼是量子計算機,咱們有必要先簡單科普下傳統計算機的工作原理。無論我們用計算機完成工作,看電影,還是玩遊戲,其實對於cpu來說沒有什麼不同,在它眼中都是一堆0和1組成的點信號流。這種二進位數被稱為比特。一個比特位非0即1。其實這就是計算機的核心奧秘,看到這裡,是不是感覺它沒有那麼神秘了。經過幾十年的發展,計算機的性能以幾何指數飛速增長,計算機變得越來越小,功能也更為強大。但是即便如此強大的運算能力,還是跟不上現代科技革新的速度。