揭秘微觀世界「小精靈」：量子為人類打開「新世界」

新華社上海５月３日電題：揭秘微觀世界「小精靈」：量子為人類打開「新世界」

新華社記者陳芳、徐海濤、周琳

５月３日，中國首台多光子可編程量子計算機在上海亮相，演示了超越早期經典計算機的量子計算能力，並在世界上首次成功實現十個超導量子比特糾纏。

首顆量子科學實驗衛星「墨子號」升空，全球首條遠程量子通信骨幹網「京滬幹線」將正式啟用。究竟什麼是「量子」，它如何改變我們的生活？今天，讓我們一起來認識一下這個微觀世界裡的「小精靈」。

「量子」是什麼？量子是最小的、不可再分割的能量單位。這個概念誕生於１９００年，物理學家普朗克在德國物理學會上公布了他的成果，成為量子論誕生和新物理學革命宣告開始的偉大時刻。

我們中學物理書上提到的分子、原子、電子，其實都是量子的不同表現形式。也可以說，我們的世界都是由量子組成的。而我們每個人，都是「２４Ｋ」純量子產品。

中國科學技術大學教授朱曉波說，在我們生活的宏觀世界裡，物體的位置、速度等運動規律，都可以通過牛頓力學精確地測算。但在量子微觀世界裡，有著與宏觀世界截然不同的規則。

量子的神秘之處首先體現在它的「狀態」。在宏觀世界裡，任何一個物體在某一時刻有著確定的狀態和確定的位置。但在微觀世界裡，量子卻同時處於多種狀態和多個位置的「疊加」。

量子力學的開創者之一、奧地利物理學家薛定諤曾用一隻貓來比喻量子態疊加：箱子里有一隻貓，在宏觀世界中它要麼是活的，要麼是死的。但如果在量子世界中，它同時處於生和死兩種狀態的疊加。

更為詭異的是，量子的狀態還經不起「看」。也就是說，如果你去測量一個量子，那麼它就會從多個狀態、多個位置，變成一個確定的狀態和一個確定的位置了。如果你打開「薛定諤的箱子」，貓的疊加狀態就會消失，你會看到一隻活貓或一隻死貓。

如果說一個量子已經很「奇怪」，那麼當兩個量子「糾纏」在了一起，那種不確定性連愛因斯坦都受不了了。根據量子力學理論，如果兩個量子之間形成了「糾纏態」，那麼無論相隔多遠，當一個量子的狀態發生變化，另一個量子也會超光速「瞬間」發生如同心靈感應的變化。

雖然直至今天，人類仍然還沒搞清楚量子為何如此之「神秘」，但國際主流學界已經接受了量子這種特殊性的客觀存在。更重要的是，人們可以利用量子的奇異特性開發創新型應用，比如量子通信和量子計算。

例如，量子通信是科學界利用量子特性最早開發的信息應用，它的出現也與時代的需求息息相關。其「不可分割」「測不準」「不可克隆」等特性，使得理論上「絕對安全」的量子通信成為可能。

而基於量子的疊加態與糾纏特性，量子計算機被認為將是最具威力的量子信息應用。此次亮相的多光子可編程量子計算機，就是探索之一。未來，其超級計算能力的實現，將為金融分析、氣象預報、藥物設計等大規模計算提供全新的方案。量子計算機還可以通過「模擬」，來解決科學研究中的一些未解之謎。

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