从量子力学到第二次量子科技革命,“诡异”理论已接近产业化 | 新科普

上观新闻 2020-10-18 15:35:12

摘要:上世纪末以来,第二次量子科技革命在信息技术领域兴起,如今已接近产业化阶段,并与人工智能等新一代信息技术交织在一起,有望形成具有颠覆性的创新成果。

从量子力学到第二次量子科技革命,“诡异”理论已接近产业化 | 新科普

中共中央政治局近日就量子科技研究和应用前景举行了第二十四次集体学习。什么是量子科技?其科学原理和发展态势如何?解放日报·上观新闻记者采访了多位科学家。据介绍,第二次量子科技革命上世纪末兴起以来,量子通信、量子计算等新一代信息技术已处于产业化前夜,有望引发具有深远影响的产业变革。

量子力学用概率描述微观粒子

“量子科技的基础是量子力学,这是一种有助于我们理解世间万物的理论。”上海交通大学集成量子信息技术研究中心主任金贤敏教授说,在很多人看来,量子力学很诡异,甚至说它“是骗人的”,但其实,它迄今是解释从微观到宏观世界自然现象的最好理论之一。

所谓量子,是一个物理量不可分割的最小单位。某个物理量如果不能连续变化,只能取一些分立的值,它就是量子化的。好比走楼梯,我们只能登上一个台阶,而不能登上半个。科学家发现,宏观世界里的物理量似乎都能连续变化,但在微观世界,许多物理量是量子化的。如氢原子中电子的能量只能取一个基本值——-13.6电子伏特或者其1/4、1/9、1/16、1/25等,而不能取其2倍或1/2、1/3。

除了量子化,微观与宏观世界还有很多不同。其中最让人难以理解的微观世界特性,可能要属量子叠加态,这是量子力学的一个基本原理。经典力学解释宏观世界时,用坐标和动量的确定值来描述各个质点的状态,然而物理学家用这种模式描述微观粒子时,发现经典力学失效了,因为一个粒子可以既处于“0”又处于“1”的状态,与宏观世界的确定性大相径庭。因此,量子力学用态矢量描述粒子状态。简而言之,态矢量是一种概率,意味着粒子状态具有随机性。

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