
袁岚峰解读:量子科技的神秘面纱与未来发展
随着网络流行语的流传,“遇事不决,量子力学”逐渐为人所熟知,这侧面反映出量子科技的快速发展以及近年来公众对量子科技的极高关注度。那么,究竟何为量子?让我们揭开这个神秘的面纱。
量子并非一种具体的粒子,而是一种性质的表现。任何事物如果呈现出不连续变化的特点,我们称之为量子化,其最小的单元被称作量子。例如,我们在日常生活中上台阶,只能以整数倍的台阶数进行,而不能是半阶或半块。这种特性正是微观世界的本质体现。在微观世界中,不连续变化是常态。
例如,光是由离散的光子组成,只能有一个光子、两个光子,而不能有半个光子。同样,原子中的电子能量只能取特定的值,不能连续变化,这些特定的能量值被称为能级。其他如粒子的电荷、角动量和磁矩等物理量,在多数情况下也都是量子化的。
为了描述微观世界的物理规律,我们有了量子力学这门科学。它最初由普朗克在1900年开创,后过爱因斯坦、德布罗意、海森堡、薛定谔以及狄拉克等众多科学家的努力,成为现代物理学的重要基础理论之一。量子力学的影响无处不在,甚至关乎我们所在世界的存在。原子的稳定性是物质存在的基础,而量子力学则是维持这种稳定性的关键因素。简单地说,量子力学决定了电子不会掉落到原子核上,确保了原子的稳定结构。
量子力学还解释了物质的众多性质,如硬度、磁性和导电性。这些理论催生了现代信息技术的众多领域,包括激光技术、核能应用、半导体以及发光二极管等。我们的计算机、手机等设备的出现都与量子力学息息相关。
尽管量子科技已经广泛应用,但近年来它被视作新兴技术的原因在于其全新的内涵发展。自20世纪80年代以来,科学家们开始主动调控和操纵单个粒子,挖掘其量子特性。这导致了量子信息科学的诞生,被称为第二次量子。它主要包括量子通信、量子计算和量子精密测量三大领域。
在量子通信领域处于世界前列。例如,“墨子号”量子科学实验卫星的发射就是世界首创。量子计算是当前最热门的科研领域之一,我国科学家研发的“九章”系列量子计算原型机在光量子计算方面已达到国际领先水平。而量子精密测量则与人们的日常生活紧密相连,如卫星导航中的核心技术——原子钟就是典型的量子精密测量技术。
尽管目前量子科技的产业规模还不算大,但其发展空间巨大。或许将来的人们会像我们看待没有学会用电的古人一样,对尚未大规模使用量子通信和量子计算机的我们感到惊讶。跨越百年的量子科技,将继续为我们创造更多的惊喜。
