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”。
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”。
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。
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。
■ 据新华社 记者 徐海涛 董瑞丰