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2019-05-27 14:43 来源:中新网

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揭秘微观世界“小精灵”:量子为人类打开“新世界”

2019-05-27 16:19 来源: 新华社
百度   在海外学习并传播中华文化多年,李政威亲眼见证了中华文化在异国土壤从落地生根到开花结果的蜕变。

新华社上海5月3日电 题:揭秘微观世界“小精灵”:量子为人类打开“新世界”

新华社记者陈芳、徐海涛、周琳

5月3日,中国首台多光子可编程量子计算机在上海亮相,演示了超越早期经典计算机的量子计算能力,并在世界上首次成功实现十个超导量子比特纠缠。

首颗量子科学实验卫星“墨子号”升空,全球首条远程量子通信骨干网“京沪干线”将正式启用。究竟什么是“量子”,它如何改变我们的生活?今天,让我们一起来认识一下这个微观世界里的“小精灵”。

“量子”是什么?量子是最小的、不可再分割的能量单位。这个概念诞生于1900年,物理学家普朗克在德国物理学会上公布了他的成果,成为量子论诞生和新物理学革命宣告开始的伟大时刻。

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表现形式。也可以说,我们的世界都是由量子组成的。而我们每个人,都是“24K”纯量子产品。

中国科学技术大学教授朱晓波说,在我们生活的宏观世界里,物体的位置、速度等运动规律,都可以通过牛顿力学精确地测算。但在量子微观世界里,有着与宏观世界截然不同的规则。

量子的神秘之处首先体现在它的“状态”。在宏观世界里,任何一个物体在某一时刻有着确定的状态和确定的位置。但在微观世界里,量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

量子力学的开创者之一、奥地利物理学家薛定谔曾用一只猫来比喻量子态叠加:箱子里有一只猫,在宏观世界中它要么是活的,要么是死的。但如果在量子世界中,它同时处于生和死两种状态的叠加。

更为诡异的是,量子的状态还经不起“看”。也就是说,如果你去测量一个量子,那么它就会从多个状态、多个位置,变成一个确定的状态和一个确定的位置了。如果你打开“薛定谔的箱子”,猫的叠加状态就会消失,你会看到一只活猫或一只死猫。

如果说一个量子已经很“奇怪”,那么当两个量子“纠缠”在了一起,那种不确定性连爱因斯坦都受不了了。根据量子力学理论,如果两个量子之间形成了“纠缠态”,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个量子也会超光速“瞬间”发生如同心灵感应的变化。

虽然直至今天,人类仍然还没搞清楚量子为何如此之“神秘”,但国际主流学界已经接受了量子这种特殊性的客观存在。更重要的是,人们可以利用量子的奇异特性开发创新型应用,比如量子通信和量子计算。

例如,量子通信是科学界利用量子特性最早开发的信息应用,它的出现也与时代的需求息息相关。其“不可分割”“测不准”“不可克隆”等特性,使得理论上“绝对安全”的量子通信成为可能。

而基于量子的叠加态与纠缠特性,量子计算机被认为将是最具威力的量子信息应用。此次亮相的多光子可编程量子计算机,就是探索之一。未来,其超级计算能力的实现,将为金融分析、气象预报、药物设计等大规模计算提供全新的方案。量子计算机还可以通过“模拟”,来解决科学研究中的一些未解之谜。

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作者: 陈芳、徐海涛、周琳   [责任编辑: 宋金玉]
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