提起量子是什么東西(量子技術(shù)是什么意思)大家在熟悉不過了，被越來越多的人所熟知，那你知道量子是什么東西(量子技術(shù)是什么意思)嗎？快和小編一起去了解一下吧！

最近量子這個(gè)詞非常火，像前些年的納米這個(gè)詞一樣，被廣泛應(yīng)用在各類產(chǎn)品里，像什么“量子波動(dòng)速讀”，這種方法是從日本漂洋過海來的，號(hào)稱孩子用此法可在5分鐘內(nèi)看完一本10萬字的書籍，并能把內(nèi)容完整復(fù)述，閉著眼也能和書發(fā)生感應(yīng)。宣稱是利用了光的波粒二象性和量子糾纏原理。其具體的解釋為：

(資料圖片)

利用量子糾纏，產(chǎn)生波粒二象性，讓大腦和書本發(fā)生感應(yīng)，改變?nèi)祟愰喿x的反應(yīng)過程，由“看、讀、理解”簡化為“看、理解”，經(jīng)培訓(xùn)后可達(dá)到“書中文字快速成像、光波飛入電影回放、一目十行過目不忘”的效果，甚至還可以閉著眼睛，直接翻書，根本不用看就能和書本發(fā)生感應(yīng)，知道書中內(nèi)容和作者所要表達(dá)的意思。

比“量子波動(dòng)速度”更扯的是“量子接骨”，打出了“通過量子干預(yù)技術(shù)，異地就能把骨折治好……”這樣的口號(hào)，還號(hào)稱可以只需提供一塊土地的航拍圖，確定土地位置，便可通過“量子干預(yù)”，提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量，“改良后的農(nóng)產(chǎn)品無公害，還品質(zhì)高，相當(dāng)牛。”

這家騙子公司大家要警惕

這些年，很多營銷人士為了忽悠用戶，都拿出那些非常專業(yè)的名詞移花接木到產(chǎn)品之上，給人一種非常專業(yè)、權(quán)威的感覺，比如前些年的納米汗蒸之類的。這些其實(shí)只要細(xì)想就漏洞百出的影響概念，但還是有人前赴后繼上當(dāng)。

那么量子究竟是什么呢？它究竟有什么作用呢？今天我們就來詳細(xì)了解一下！

量子（quantum）是現(xiàn)代物理的重要概念。即一個(gè)物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，則這個(gè)物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子。

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(zāi)難”問題。

紫外災(zāi)難：19世紀(jì)末，科學(xué)界許多科學(xué)家已經(jīng)開始深入研究電磁波，由此誕生了黑體，黑體則是屬于熱力學(xué)范疇，黑體是一個(gè)理想化了的物體，為了研究不依賴于物質(zhì)具體物性的熱輻射規(guī)律，物理學(xué)家以此作為熱輻射研究的標(biāo)準(zhǔn)物體。

它能夠吸收外來的全部電磁輻射，并且不會(huì)有任何的反射與透射。換句話說，黑體對于任何波長的電磁波的吸收系數(shù)為1，透射系數(shù)為0。而我們知道一切溫度高于絕對零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，溫度愈高，輻射出的總能量就愈大，短波成分也愈多。

隨著溫度上升，黑體所輻射出來的電磁波則稱為黑體輻射。紫外災(zāi)難則指的是在經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論中，能量均分定律預(yù)言黑體輻射的強(qiáng)度在紫外區(qū)域會(huì)發(fā)散至無窮大，這和事實(shí)嚴(yán)重違背。

普朗克假定，光輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)其能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，一份“能量”就是所謂量子。

然而當(dāng)時(shí)的物理界，包括普朗克本人，都討厭“量子”這個(gè)怪物，千方百計(jì)想要將它消化在經(jīng)典物理的世界之中，但卻屢試不果。

唯有愛因斯坦獨(dú)具慧眼，提出了“光量子假說”，他認(rèn)為光輻射不僅在于與物質(zhì)相互作用時(shí)的能量是一份一份的，光輻射的能量，本身就是“量子化”的，一份能量就是光能量的最小單元，后來稱之為“光量子”，或簡稱“光子”。

后來，在兩者基礎(chǔ)上，以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派發(fā)展出來了量子力學(xué)，哥本哈根詮釋也就成為量子力學(xué)的正統(tǒng)解釋，其中恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補(bǔ)原理，三者共同構(gòu)成了“哥本哈根解釋”的核心，量子力學(xué)與相對論共同構(gòu)成了現(xiàn)代物理體系的兩大支柱。

按物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律的不同，我們將遵從經(jīng)典運(yùn)動(dòng)規(guī)律(牛頓力學(xué)，電磁場理論)的那些物質(zhì)所構(gòu)成的世界稱為“經(jīng)典世界”，將遵從量子力學(xué)規(guī)律的那類物質(zhì)所構(gòu)成的世界稱為“量子世界”。“量子”就是量子世界中物質(zhì)客體的總稱，它既可以是光子、電子、原子、原子核、基本粒子等微觀粒子，也可以是BEC、超導(dǎo)體等宏觀尺度下的量子系統(tǒng)，其共同特征就是必須遵從量子力學(xué)的規(guī)律。

量子所具有的比較重要的特性有量子疊加、量子糾纏。

量子疊加最有名的就是“薛定諤的貓”理論了，薛定諤的貓是指在一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。之后，有50%的概率放射性物質(zhì)將會(huì)衰變并釋放出毒氣殺死這只貓，同時(shí)有50%的概率放射性物質(zhì)不會(huì)衰變而貓將活下來。

根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，在盒子里必將發(fā)生這兩個(gè)結(jié)果之一，而外部觀測者只有打開盒子才能知道里面的結(jié)果。但是在量子的世界里，當(dāng)盒子處于關(guān)閉狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)則一直保持不確定性的波態(tài)，即貓生死疊加。貓到底是死是活必須在盒子打開后才能夠知道。

這里涉及到了一個(gè)電子雙縫實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，在德布羅意提出了波粒二象性之后，戴維孫和革末通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了一切物質(zhì)都具有波粒二象性后。量子力學(xué)認(rèn)為當(dāng)人們沒有對粒子進(jìn)行觀察的時(shí)候，它們是以波的形式運(yùn)動(dòng)，由于存在干涉，穿過雙縫后會(huì)出現(xiàn)一道道痕跡。一旦觀測后，它們立刻選擇成為粒子，就不會(huì)產(chǎn)生干涉，穿過雙縫留下痕跡。

然而，薛定諤忘記了量子力學(xué)是旨在探究微觀領(lǐng)域，而非宏觀世界，有時(shí)候宏觀世界是無法用來解釋微觀世界的。

量子力學(xué)的一個(gè)中心原則就是粒子可以存在于疊加態(tài)中，能同時(shí)擁有兩個(gè)相反的特性，也就是我們說的波粒二象性。盡管我們在日常生活中常常面對“不是A就是B”的抉擇，而但在微觀世界中是可以接受“既是 A 又是 B”的，就好像我們經(jīng)常說一個(gè)人，不能簡單判斷他是善惡一樣。

薛定諤的貓可以說非常生動(dòng)形象讓大家看清了量子力學(xué)的本質(zhì)—— 一個(gè)量子系統(tǒng)可以處在不同量子態(tài)的疊加態(tài)上。

疊加狀態(tài)會(huì)引起量子糾纏，在量子力學(xué)里，當(dāng)幾個(gè)粒子在彼此相互作用后，由于各個(gè)粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨(dú)描述各個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這現(xiàn)象為量子纏結(jié)或量子糾纏（quantum entanglement）。

量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象；在經(jīng)典力學(xué)里，找不到類似的現(xiàn)象。舉一個(gè)例子，在微觀世界里，兩個(gè)糾纏的粒子可以超越空間進(jìn)行瞬時(shí)作用。也就是說，一個(gè)糾纏粒子在地球上，另一個(gè)糾纏粒子在月球上，只要對地球上的粒子進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)它的自旋為下，那么遠(yuǎn)在月球上的另一個(gè)糾纏粒子的自旋必然為上。

除此之外，量子還有一個(gè)有趣的現(xiàn)象，就是量子隧穿效應(yīng)，舉個(gè)例子，假如人在趕路，前面有一座大山擋住了去路，那么人如果要前往大山的另外一邊，那么你就只能翻過山去。但是對于粒子而言，它可以直接穿過去，即使能量不足，也可以穿山而過。這就是粒子穿墻術(shù)——量子隧穿效應(yīng)。

基本粒子沒有形狀，沒有固定的路徑，不確定性是它唯一的屬性，既是波，也是粒子，就像是我們對著墻壁大吼一聲，即使99.99%的聲波被反射，仍會(huì)有部分聲波衍射穿墻而過到達(dá)另一個(gè)人的耳朵。因?yàn)閴Ρ谑遣豢赡芮袛辔镔|(zhì)波的，只能在攔截的過程中使其衰減。

量子科學(xué)目前來說，最廣泛的應(yīng)用是量子通信和量子計(jì)算機(jī)。

因?yàn)榫哂屑m纏態(tài)的兩個(gè)粒子無論相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)發(fā)生變化，另外一個(gè)也會(huì)瞬間發(fā)生變化，利用這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)光量子通信的過程如下：事先構(gòu)建一對具有糾纏態(tài)的粒子，將兩個(gè)粒子分別放在通信雙方，將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測量（一種操作），則接收方的粒子瞬間發(fā)生坍塌（變化），坍塌（變化）為某種狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌（變化）后的狀態(tài)是對稱的，然后將聯(lián)合測量的信息通過經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換（相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換），即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。

經(jīng)典通信較光量子通信相比，其安全性和高效性都無法與之相提并論。安全性-量子通信絕不會(huì)“泄密”，量子通信技術(shù)被認(rèn)為是“保障未來信息社會(huì)通信機(jī)密性和隱私的關(guān)鍵技術(shù)”。

從潘建偉教授首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，經(jīng)過四年時(shí)間，2016年，墨子號(hào)量子衛(wèi)星成功發(fā)射。

中國科學(xué)家15日（當(dāng)?shù)貢r(shí)間）在美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，中國“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星在世界上首次實(shí)現(xiàn)千公里量級的量子糾纏，這意味著量子通信向?qū)嵱眠~出一大步。

目前，量子號(hào)還要實(shí)現(xiàn)基于糾纏的量子密鑰分發(fā)，量子密鑰分發(fā)是利用量子力學(xué)特性來保證通信安全性。它使通信的雙方能夠產(chǎn)生并分享一個(gè)隨機(jī)的、安全的密鑰，來加密和解密消息。

量子密碼學(xué)的核心就是量子密鑰分發(fā)，它是利用量子力學(xué)特性來保證通信安全性。它使通信的雙方能夠產(chǎn)生并分享一個(gè)隨機(jī)的、安全的密鑰，來加密和解密消息。

在這里我們要著重指出：

怎么樣能夠產(chǎn)生量子糾纏呢？現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)掌握許多制備量子糾纏的方法和途徑。最常用的是將一束激光照射到非線性晶體上便能產(chǎn)生糾纏光子對。所以人是不可能僅僅通過翻書就產(chǎn)生量子糾纏的，任何宣稱利用了量子糾纏原理的基本都可以判定為騙子。

因?yàn)榱孔盈B加的特性，這種糾纏光子源屬概率性的。這種參量下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的許許多多光子對中才會(huì)有一對光子是糾纏的，人們甚至無法預(yù)先知道哪一對是糾纏光子，只能采用能確定糾纏的探測裝置來加以識(shí)別，但一旦確認(rèn)該光子對是糾纏的，糾纏也會(huì)因此測量而消失。這也導(dǎo)致現(xiàn)在目前量子通信的應(yīng)用還存在一些缺陷。

而量子計(jì)算則被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的引擎，目前，科學(xué)界普遍認(rèn)為，第四次工業(yè)革命將會(huì)在核聚變、量子技術(shù)、5G、人工智能、基因工程這5者之中誕生。

目前來說，經(jīng)典計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)陷入瓶頸，隨著晶體管體積不斷縮小，計(jì)算機(jī)可容納的元器件數(shù)量越來越多，產(chǎn)生的熱量也隨之增多。其次，隨著元器件體積變小，電子會(huì)穿過元器件，發(fā)生量子隧穿效應(yīng)，這導(dǎo)致了經(jīng)典計(jì)算機(jī)的比特開始變得不穩(wěn)定。

晶體管

科學(xué)家認(rèn)為量子計(jì)算機(jī)可以突破目前的困境，量子計(jì)算是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)每比特非0即1，而在量子計(jì)算機(jī)中，量子比特因?yàn)榱孔盈B加的特性，可以以處于即是0又是1的量子疊加態(tài)，這使得量子計(jì)算機(jī)具備傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法想象的超級算力。

舉個(gè)例子，如果x=0，運(yùn)行A；如果x=1，運(yùn)行B。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)只會(huì)一次執(zhí)行一種邏輯分支，要么A，要么B，要么兩種情況各運(yùn)行一次。

但在量子計(jì)算機(jī)中，變量X是量子疊加態(tài)，既為1，又為0，因此它可以在一次計(jì)算中同時(shí)執(zhí)行A和B。這就是我們說的量子比特或者叫量子位。成為了量子信息的計(jì)量單位。

做個(gè)總結(jié)，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用0和1，量子計(jì)算機(jī)也是使用0跟1，但與之不同的是，其0與1可同時(shí)計(jì)算。古典系統(tǒng)中，一個(gè)比特在同一時(shí)間，不是0，就是1，但量子比特是0和1的量子疊加。這是量子計(jì)算機(jī)計(jì)算的特性。

所以如果我們將量子比特的數(shù)量增加到10個(gè)，那么傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)需要計(jì)算2^10=1024次。量子計(jì)算機(jī)需要計(jì)算多少次呢？

還是1次。

我們再把量子比特?cái)?shù)加到100個(gè)、1000個(gè)、10000個(gè)乃至更多，看出差距了嗎？現(xiàn)有計(jì)算機(jī)要運(yùn)行上萬年的工作量，量子計(jì)算機(jī)只用幾分鐘就能搞定。

目前全球都在想要去掌握量子計(jì)算機(jī)，因?yàn)樗鼘?huì)在核試爆模擬、現(xiàn)代武器裝備研制，航天衛(wèi)星等國防科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，其次它也會(huì)在諸如氣象，物理，探測，材料科學(xué)與計(jì)算納米技術(shù)、人工智能、深入學(xué)習(xí)、生物醫(yī)藥、基因工程、金融分析等新興領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，在未來的 5G 甚至 6G 時(shí)代，它還將發(fā)展為共享服務(wù)器云計(jì)算的形式，發(fā)揮它極強(qiáng)運(yùn)算速度和大批量數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢。

所以，我們要明白網(wǎng)絡(luò)上流傳什么“量子肥料”、“量子水”、“量子接骨”“量子波動(dòng)速讀”等都是屬于忽悠人的詞，量子糾纏的特性并不是這樣使用的，像科普作家張軒中就指出：

量子糾纏與量子波動(dòng)這些概念，與人腦的聯(lián)系還沒有研究清楚。人的大腦的記憶行為，一般認(rèn)為與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)元回路有關(guān)，在圖論上叫做環(huán)路。這是復(fù)雜系統(tǒng)或者說系統(tǒng)科學(xué)研究的內(nèi)容，目前量子力學(xué)還用不上這個(gè)領(lǐng)域。

最后說一下，教育孩子不能急功近利，在如今高壓力的社會(huì)下，家長想要孩子成才是可以理解的，但是不能揠苗助長，從而掉入了陷阱，從而給孩子起到一個(gè)不好的導(dǎo)向作用。

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