量子多神秘
状态不经看
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。
量子纠缠态
开发新应用
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。
量子高科技
中国有多牛
世界首颗量子科学实验卫星
2016年8月,由中科院量子信息与量子科技卓越创新中心潘建伟团队牵头实施的世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射。目前,“墨子号”科学实验任务已全部完成,后期将在空间量子实验中,开展以我国为主导的国际合作研究。去年9月15日,中科大研制的空间应用系统有效载荷—空地量子密钥分配试验专项随天宫二号发射升空,开展了在轨测试。至此,我国初步建成空间量子通信实验平台。
世界首条千公里级量子保密通信干线
今年2月,世界首条千公里级量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”量子卫星的天地链路接通,标志着世界首个天地一体、具备覆盖我国全境能力的广域量子通信网络已具雏形。“京沪干线”全长2000余公里,连接北京、上海,贯穿济南、合肥等地,可提供高速、高安全等级的信息传输保障。
世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机
世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机日前在上海亮相,我国科学家首次实现10比特超导量子线路样品,打破此前世界纪录,实现了目前世界上最大数目的超导量子比特的纠缠和完整的测量,再次站在了创新的前沿。