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浅浅,过来!咱聊一聊看不见摸不着又时刻在身边的量子

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浅浅,过来!咱聊一聊看不见摸不着又时刻在身边的量子

雪花又一年 2018-05-03 14:15:00 浏览404 评论0

摘要: ▲ 前晚,掀起收视狂潮的开年大剧《三生三世十里桃花》迎来了大结局。白浅上神在伤情三年后,等来了夜华的苏醒。夜华伸手轻声道一句“浅浅,过来。”,不知酥了多少少女心。 若两位大神幸福生活到现代的话,以夜华的好学,以及为天下承担的精神,量子力学估计是振兴天族必学的一门课程了。

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前晚,掀起收视狂潮的开年大剧《三生三世十里桃花》迎来了大结局。白浅上神在伤情三年后,等来了夜华的苏醒。夜华伸手轻声道一句“浅浅,过来。”,不知酥了多少少女心。


若两位大神幸福生活到现代的话,以夜华的好学,以及为天下承担的精神,量子力学估计是振兴天族必学的一门课程了。夜华轻轻一笑,再道一句:“浅浅,过来,我们今天了解下量子。”


“量子”是一个数学概念,意思是“离散变化的最小单元”。比如我们上台阶时,一个台阶就是一个量子。从钢材到塑料,从二极管到太阳能电池,从激光器到发光二极管,从卫星到手机,现代社会的技术成就,全都建基在量子力学之上。大家每时每刻都在应用量子力学。


“量子”这个词在我们的身边越来越热,2016年8月我国发射世界首颗“量子卫星”,更是引爆了舆论。但量子技术究竟是什么呢?它跟我们的生活有什么关联呢?本期的安徽人文讲坛,主讲嘉宾向现场观众进行了深入浅出的讲解。




量子力学应用就在咱身边


“量子”是一个数学概念,意思是“离散变化的最小单元”,“比如我们上台阶时,只能上一个台阶、两个台阶,却不能上半个台阶、1/3个台阶,这就是离散变化,一个台阶就是一个量子。常有人以为量子是某种粒子,跟光子、电子、质子、中子等粒子并列,这是误解。”袁岚峰说。


在微观世界中,许多物理量是离散变化的。例如氢原子中的电子,只能处于某些能量,而不能处于其他能量。又如一束光的能量,是一份一份的,只能是某个值的一倍、两倍、三倍等等。量子力学就是描述微观世界的物理理论。它最初是1900年由德国物理学家普朗克提出的,然后经过多位科学家的发展,在1930年代达到比较完善的程度。之前的牛顿力学,就被称为经典力学。


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氢原子能级


“许多非常基本的问题,是量子力学出现后才能解决的。例如,原子中的电子为什么不掉到原子核上?为什么原子会结合成分子?为什么有些物质很稳定,而有些物质容易发生化学反应?为什么有些物质能导电、有些物质不导电、有些物质是半导体、有些物质是超导体?”袁岚峰说,从钢材到塑料,从二极管到太阳能电池,从激光器到发光二极管,从卫星到手机,现代社会的技术成就,全都建基在量子力学之上。大家每时每刻都在应用量子力学。



量子保密通信是最强的盾


“量子力学既然是个这么老的理论,为什么最近变得火热?原因是量子力学和信息科学结合,产生了一门迅猛发展的交叉科学:量子信息。”袁岚峰说,从信息科学的观点来看,量子力学是一种不同于经典力学的数学框架,利用量子框架能够实现经典框架中做不到的事。


量子信息的研究内容,分为量子计算和量子通信两大部分。量子通信当中,又包括量子保密通信和量子隐形传态等等。媒体上讲的“量子通信”,实际上往往特指量子保密通信,这是量子信息的所有应用中唯一接近实用的一个。墨子号量子卫星,首要的目标就是在太空与地面之间建立量子保密通信。


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量子信息学科内容


为什么量子保密通信很重要?简短的回答是:在量子计算成熟后,它是唯一可靠的保密方法。如果说量子计算是最强的矛,那么量子保密通信就是最强的盾。以子之矛攻子之盾,孰胜?盾胜!“在量子保密通信领域,中国十多年来处于世界领先地位,引领国际潮流。量子卫星和京沪干线代表两种实现远距离通信的技术路线,即通过大气层通信、把卫星作为中继站和通过光缆通信、在地面建设中继站。”袁岚峰说。


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卫星量子通信示意图


量子保密通信已被用于2009年国庆大阅兵等重大活动,也有一些金融机构开始试用。“个人层面的应用,如量子保密手机,目前还没有。但随着技术的不断进步,这是必然的趋势。即使在价格还比较高的时候,也会有人感到自己的信息值得投入这么多去保密,因此这个行业是一定会发展起来的。”袁岚峰说,量子通信已经接近产业化,而且它是近代以来第一个由中国首创的产业,“中国在通信、高铁等许多产业做到了第一,固然很了不起,但这些领域都是早已有的,由其他国家开创。自己开创一个产业,价值更大。从跟随者到领先者,再到开创者,我们终于走到了这一步。”


原文发布时间为:2017-12-11
本文作者:陶卿
本文来源:九州量子,如需转载请联系原作者。

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