淺談神奇的量子世界

1、量子力學(xué)：不平凡的誕生預(yù)示了不平凡的神奇——淺談量子力學(xué)與量子思維理學(xué)院物理系林功偉量子力學(xué)自誕生以來(lái)，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)深刻地改變了我們的生活方式。從電腦、電視、手機(jī)到核能、航天、生物技術(shù)，處處它都在大顯身手，它已經(jīng)把人類社會(huì)帶入量子時(shí)代。但量子理論究竟帶給了我們什么？這個(gè)問(wèn)題，至今帶給我們的仍只是無(wú)盡的想象。近年來(lái)，校長(zhǎng)錢(qián)旭紅院士，從改變思維的角度出發(fā)，在多種場(chǎng)合呼吁全社會(huì)要重視量子思維方式并加以運(yùn)用，不久前又在

2、“文匯科技沙龍”上，提議讓“量子思維”盡早走入中小學(xué)課堂。那么，量子力學(xué)究竟是什么？量子力學(xué)的誕生是一段波瀾壯闊的傳奇。它的發(fā)展史是物理學(xué)乃至整個(gè)科學(xué)史上最為動(dòng)人心魄的篇章之一。不平凡的誕生預(yù)示了不平凡的神奇。在量子世界中，處事原則處處與我們熟悉的牛頓力學(xué)主宰的世界截然不同。在我們熟悉的世界，要么是波，要么是粒子。在量子世界，既是波也是粒子，既不是波也不是粒子，兼具波和粒子的特質(zhì)，即波粒二象性。從而引申出量子疊加、測(cè)量塌縮、量子糾纏等種

3、種神奇的現(xiàn)象。量子疊加：魚(yú)和熊掌亦可得兼在經(jīng)典的牛頓力學(xué)體系中，把粒子的運(yùn)動(dòng)都?xì)w結(jié)為確定軌道的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。知道粒子某個(gè)時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與力的作用，就可以推斷粒子的過(guò)去，也可以預(yù)知粒子的未來(lái)。就像一個(gè)算命先生，你告訴他生辰八字，他掐指一算就知道你的前世來(lái)生。在這種機(jī)械觀下，仿佛一切都是注定的、唯一確定的。然而，在量子世界，一切都變得不一樣。比如，有一天要從上海去北京，異想天開(kāi)的你既想乘坐京滬高鐵體驗(yàn)沿途的風(fēng)光，又想搭乘飛機(jī)享受鳥(niǎo)瞰大地的感覺(jué)。

4、我們“協(xié)同合作”嗎？而這個(gè)思維能力正是當(dāng)代社會(huì)所迫切需要的。量子測(cè)量：“上帝”開(kāi)始玩骰子了如果說(shuō)到這里，也許給人的印象是：在量子世界，不論多少事情原則上只要有孫悟空的量子分身術(shù)，一下子變出千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)孫悟空，都可以輕而易舉地同時(shí)把它們都搞定。事實(shí)上不是這么簡(jiǎn)單的！前面提到的量子計(jì)算機(jī)可以提高計(jì)算效率是有條件的，要對(duì)應(yīng)于某些問(wèn)題進(jìn)行巧妙設(shè)計(jì)才行。到目前為止，人們找到的可以提高計(jì)算效率的例子也還局限于一些典型的問(wèn)題。為什么會(huì)這樣？這個(gè)問(wèn)題關(guān)乎

5、于量子力學(xué)的一個(gè)神秘特質(zhì)：量子測(cè)量塌縮。在經(jīng)典力學(xué)，物體的狀態(tài)可以被精確測(cè)量，而且這個(gè)狀態(tài)測(cè)與不測(cè)一個(gè)樣，你測(cè)和我測(cè)也一樣。這個(gè)意境就像一首詩(shī)《見(jiàn)與不見(jiàn)》中描繪的那樣：“你見(jiàn)，或者不見(jiàn)我，我就在那里，不悲不喜”。量子測(cè)量則完全不同于經(jīng)典力學(xué)中的測(cè)量：有測(cè)不準(zhǔn)原理限制精確的測(cè)量，物體的狀態(tài)會(huì)因測(cè)量和觀察而改變，測(cè)量結(jié)果還依賴于測(cè)量的角度和方式。量子測(cè)量中，“上帝”開(kāi)始玩骰子了！以至于愛(ài)因斯坦作為量子理論的奠基人之一卻至死也不認(rèn)同量子測(cè)量。

6、然而直至今天，科學(xué)實(shí)驗(yàn)一次又一次地表明：“上帝”真玩骰子了！還用剛開(kāi)始的例子：在火車上和在飛機(jī)里的量子疊加態(tài)。測(cè)量之前你既在火車上也在飛機(jī)里，但如果對(duì)你測(cè)量（比如有人對(duì)你GPS定位），你可能忽然掉到火車上也可能忽然掉到飛機(jī)里，但最終你是掉到火車上還是在飛機(jī)里是無(wú)法預(yù)知的（唯一知道的是你掉到火車上或飛機(jī)里的概率）。量子測(cè)量結(jié)果還強(qiáng)烈地依賴觀察測(cè)量的角度和方式。處于相同狀態(tài)的量子系統(tǒng)，最后的結(jié)果跟觀察的角度和方式有巨大的差別。如果觀察的角度