你可能从某处听过"量子"这个东西，也很有可能传闻过量子跟其他东西的搭配万博手机官网登录，诸如量子力学、量子材料、量子信息、量子计较……之类的。但量子到底是什么呢？

量子和它的"反直观"

咱们在物理学上都学过，物资是原子组成的。原子里面则是质子、中子和电子。自后，科学家们发现咱们的世界不错最终辞别红有限种类的一群基本粒子。在这个层面上，不管咱们若何探索，所分析的都是物资结构的基本单元。但量子跟它们不相通，它并不是指特定的某些粒子。若是某个物理量存在最小的不能分割的基本单元，咱们就说这个物理量是量子化的，把这个最小单元就称为量子。从这个预见上说，量子是物资的一种属性，它但是物资的质料、能量、电荷、磁矩等等各式属性对应的基本单元。

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打个不是太精准的譬如，全世界各个国度都刊行了我方国度的货币。每个国度的货币，名字大都不太相通，有东谈主民币、好意思元、英镑、日元、越南盾、伊拉克第纳尔等等，它们的汇率、购买力也不太相通。但是总共的货币，都存在一个最小单元，不错是分，也不错是厘、便士、费尔、枢……这些最小单元跟它们能购买到的商品未见得有什么成功的关系，但却不错用来度量这些商品——你大致不错试着把量子，想想成物理世界的这种最小单元。

若是咱们基于量子物理学来不雅察总共这个词世界，就会发现一些相配"反直观"的表象。

领先，量子并不像咱们宏不雅世界看到的实体相通，会有特定的体积和口头。天然咱们频频把看不见的微不雅粒子长入遐想成一个个小球，履行上它们存在的神志是千奇百怪的。它是"波"，有时是出当今特定某处的"粒子"。这即是所谓的"波粒二象性"。

其次，量子的出现充满了不笃定性，不错用"予求予取"来态状。咱们只知谈它在某时某刻出当今某地的概率有多大，却无法知谈它是否一定就会出当今那处。是以它不错绝不繁忙地穿越到微不雅"墙体"的另一侧，因为它有出当今那侧的概率。

再者，量子的这种不笃定性，是不错互相叠加的。也即是说，若是把两个量子放在一皆，它们各自具有不笃定性，但它们全体又叠加成了新的不笃定情状。在衰退情形下，它们各自的不笃定性还会纠缠在一皆，一朝其中某一个量子情状发生了变化，另一个量子势必会发生对应的变化。有了这些高明的叠加和纠缠，你就不错已矣愈加复杂的量子态传输。

终末，量子世界仍然不错转头到宏不雅世界中来。若是有许许多多的量子叠加或纠缠在一皆，就组成了相配复杂的情状。甚而于，再要想分辨某一个特定粒子的量子特征，仍是是不能能了。比如前边提到的一滴水，若是咱们忽略水里面单个原子的具体行为，而只良善这一大群原子的行为，那么咱们看到的，就仅仅一滴水。

是以，枢纽略量子力学的世界不雅，最病笃的即是要舍弃你在宏不雅世界树大根深的先验认识，并主动去罗致那些貌似"反直观"的物理规章，再最终试图转头到合理的宏不雅表象中来。

不管你确信如故不确信，咱们这个宏不雅的世界，如故由大批个量子组成的。咱们看到的光、听到的声息、感受到的温度，履行上都是量子层面各式复杂的互相作用酿成的。是以，你看似感受不到的量子，又无处不在无时不刻地感受到了。

量子通讯

量子通讯是量子信息科技的一个分支。量子通讯不应该浅近地从字面分解为用量子来通讯，它真实凿含义更芜俚，是诈欺量子力学旨趣对量子态进行操控，在两个场合之间进行信推辞互，来完成经典通讯所作念不到的事情。

按顾问用场景和传输的比特类型，量子通讯可分为"量子加密通讯"和"量子比特传输"两个标的。

第一个标的量子加密通讯，以"量子密钥分发"手艺或者量子偶而数产生手艺为基础，成就安如盘石的量子密钥。这亦然面前惟一插足产业化的量子通讯手艺。

量子密钥分发生成的密钥是一组真偶而的二进制数，用最浅近的异或算法加密就能已矣无法破解的密文，简直不用耗任何计较资源。同期量子力学中的量子不能分割旨趣和不能克隆定理保证了该密钥在分发进程中不会被任何第三方无感知地截获，即是说任何窃听都会被通讯的两边立时发现。

第二个标的"量子比特传输"诈欺量子纠缠来传输量子比特，是为量子计较机就业的量子通讯，将应用于异日量子计较之间的量子互联网。这个标的面前还处于科研阶段，距离实用化和产业化还相配远处。

量子计较

在芯片中，数百亿个晶体管苦守一种被称为"布尔代数"的二进制逻辑进走时算。跟着晶体管的尺寸越来越小，靠拢纳米级别，芯片的运算材干仍是简直到达极限了。在这种情况下，东谈主类对特出面前范式的新算力需求呼之欲出了。量子计较应时而生。

在量子世界，信息的最小单元就成了量子比特。逻辑上，它是一个可琢磨叠加的两态系统；物理上，它是某个可区分的（准）二能级系统。量子比特的可叠加性，使得他们的信息编码材干比经典比特要强许多，但这还不够，多个量子比特在一皆，不错酿成复合系统，若是它们之间能够纠缠起来，那即是见证古迹的时候了。

以两个量子比特酿成的复合系统为例：这个系统不错处于某种量子态，此时将它们当周密体来看，系统是量子的，但一朝单独去看某一个量子比特，系统就不再是量子的。换言之，复合系统只可算作念全体来看，从它的子系统上是得不到信息的。从数学上讲，纠缠系统展开了一个更大的直积空间，而这个直积空间的维度是随比特数指数增长的。在这里列举几个恐怖的数字：当 N=50 时，这个空间的维度约略畸形于当今来源进的超等计较机一秒的计较次数；当 N=300 时，维度仍是朝上了总共这个词已知世界中总共的原子总数。

纠缠所带来的这种恐怖的维度膨胀，为计较问题提供了浩大的处理空间，使得某些问题不错在更高维度上寻求更高效的惩处旅途。传统计较机及表面经过百余年的发展，仍是能够高效惩处许多问题，但仍有许多问题无法惩处，比如说天气预告，股票价钱，癌症药物……若是这些问题都能准确计较，那咱们的世界将变得极端好意思好。

量子精密测量

量子精密测量是量子力学的病笃应用之一。精密测量是科学征询的基础。总共这个词当代天然科学和物资好意思丽是伴跟着测量精度的不绝普及而发展的。经典世界中，一般情况下不错通过两种神志来提高测量精度。第一种是制备和诈欺分辨率更高的"尺子"。第二种神志是通过屡次重迭测量来减少测量的缺欠，提高测量精度。

跟着量子力学基础征询的冲破和实验手艺的发展，东谈主们不绝普及对量子态进行操控和测量的材干，从而不错诈欺量子态进行信息处理和信息传递。诈欺特定量子态，如纠缠态及压缩态等强关联性质，将噪声对系统的影响大幅镌汰，进而不错进一步提高测量聪敏度。若是让 N 个量子"尺子"（即量子精密测量中的探针）的量子态处于一种纠缠态上，外界环境对这 N 个量子"尺子"的作用将会琢磨叠加，使得最终的测量精度达到单个量子"尺子"的 1/N。这一精度冲破了经典力学的散粒噪声极限（根号 N 分之一），是量子力学表面范围内所能达到的最高精度——海森堡极限。 

作为新兴的征询规模，量子精密测量是量子信息手艺的病笃组成部分。除了不错冲破经典力学极限的超高精度除外，还不错抵牾一些特定噪声的骚动。面前，诈欺电子、光子、声子等量子体系仍是不错已矣对电磁场、温度、压力、惯性等物理量的高精度量子精密测量，科学家也在实验演示了量子超分辨显微镜、量子磁力计、量子陀螺、量子雷达等，并应用在材料、生物等关联学科征询中。

结语

你可千万别认为量子是个看不见摸不着玄而又玄的东西。履行上，如今与量子关联的应用仍是无处不在。家里的 LED 灯、手机、电脑，病院里的   CT 或核磁共振扫描，开车用的导航系统，完全都用到了量子科技。在不久的将来，量子计较、量子通讯和量子精密测量等量子手艺，还将给咱们的生涯带来翻江倒海的变化！

筹办制作

来源丨概述整理自罗会仟、张文卓、金贻荣、薛鹏、姬扬关联著述

责编丨一诺

审校丨徐来、林林

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