“量子”到底是什麼？它顛覆了我們太多的傳統認知

量子技術到底是什麼

如果你是科學愛好者，一定會非常熟悉“量子”的概念！甚至可以這樣說，即使你對科學毫無興趣，生活中也會聽說過“量子”這個詞語。“量子”已經與我們的生活息息相關，也成為高科技的代表，成為很多人茶餘飯後的談資。

但究竟什麼是“量子”？它是一種基本粒子嗎？這樣的問題恐怕需要一定的物理學知識才能解答，否則很容易望文生義，誤解了“量子”的本意。

單從字面上來看，量子似乎與分子，原子，質子，中子，電子等一樣都是微觀粒子，事實上並不是這樣的，量子並不是一種微觀粒子！

那麼量子到底是什麼呢？簡單說，量子是一種物理概念，並不是具體的物體。物理學是這樣定義的，量子似乎一個物理量上存在最小的不可分割的基本單位，如果一個物理量存在這樣的單位，我們就稱這個物理量是可以量子化的，這個不可分割的最小的單位就被稱為“量子”。

用一個宏觀例子能更通俗地理解量子的概念。假如全體人類就是一個物理量，那麼我們每個人就是不可分割的最小單位，你我都是量子，因為一個人不可能再進行分割，強行分割也就不是人了！

還有我們平時使用最多的現金，如果現金是一個物理量，那麼一分錢就是不可分割的單位，也就是量子，因為一分錢不可分割，半分錢是沒有意義的！

如此通俗地解釋過後，相信很多人對量子的概念都有了更深的認知。但事實上遠非如此，量子的定義很好理解，但與量子有關的概念很難讓人理解，因為量子的相關概念完全顛覆了我們在宏觀世界的認知。

在我們生活的宏觀世界，我們觀察到的任何變化都是連續的，比如一輛汽車從你身邊呼嘯而過，汽車與你的距離是連續變化的，同時汽車的速度也是連續變化的。還有一顆小樹苗長成參天大樹也是連續變化的，不可能跳躍式生長。

但在微觀世界（量子世界），一切變得如此詭異，因為量子概念的存在，量子世界是不連續的，物理量的變化是離散的，跳躍式的。最常見的例子就是電子躍遷。電子在原子核外層規範隨機出現，但這種隨機也是受約束的，並不是隨意出現在任何地方，而是按特定的軌道出現的，只能從一個軌道直接躍遷到另一個軌道，而不能出現在兩個軌道之間。也就是說，電子是從一個軌道直接“瞬移”到另一個軌道的，中間沒有過程速度之說。

如果電子的這種行為出現在宏觀世界，你就知道有多詭異了。就好比你在客廳看電視，你媽媽在廚房做飯，突然你媽媽出現在你面前，沒有任何走動的過程，你是不是會被嚇破膽？

我們經常所說的光子其實是“光量子”的簡稱，因為光也是可以量子化的物理量，光子就是光的最小單位，光在傳遞的過程中也不是連續的，而是一份一份的。而光其實就是能量，這意味著能量也是離散的，並不是連續的。

量子有以下重要基本特徵。

第一，量子疊加。在我們生活的宏觀世界，任何物體都只可能有一種狀態，比如說你在玩電腦，你只可能在電腦前，不可能再出現在其他地方，這是一個基本生活常識。

但在量子世界，一切都完全不同，一個量子可以同時擁有多種狀態，同時出現在不同的地方。而一旦我們想要觀察看看量子究竟處於什麼狀態，量子馬上就坍縮為其中一種狀態，從不確定性坍縮為確定性。

這就好比在宏觀世界，你既可以在家裡看電視，同時也可以在學校上課，還可以在網咖玩遊戲。如何確定你的狀態呢？只有去觀測，一旦實施觀測，你的狀態就確定了！

量子的這種特性如此詭異，難怪愛因斯坦會如此反駁波爾：不看月亮是它就不在那裡嗎？

在宏觀世界當然不可能（其實也是有可能的，但可能性太小太小了，完全可以忽略不計），但在微觀世界這種現象到處可見。

在微觀世界，正是因為量子疊加的存在，量子可以同時處理多個事件，而利用量子的這種特性可以大大提升計算機的計算速度，這也是量子計算機的顛覆性所在。

量子計算機的速度遠超如今我們使用的普通計算機，到底有多快？舉個例子就知道了。比如說用現代計算機分解一個300位的數，需要十幾萬年的時間才可以完成，而用量子計算機只需要幾秒鐘就能完成！

量子糾纏。何為“量子糾纏”？當幾個量子發生相互作用後，就會成為一個不可分割的整體，處於糾纏態，不能單獨描述其中一個量子的特性。無論量子之間相距多遠，整體狀態不會發生改變。其中一個量子的狀態發生改變，其他量子的狀態立刻也會跟著發生相應改變，以保證量子的整體性不會改變！量子之間就好像有“心靈感應”一樣，能瞬間感應到彼此！

比如說，即便兩個糾纏的量子分別被放在宇宙的兩端，只要其中一個量子的自旋方向發生改變，另一個量子的自旋方向也會跟著馬上發生變化。

而一旦我們對其中一個量子進行觀測，量子的狀態馬上確定下來，同時量子之間的糾纏關係立刻消失，整體性也不復存在，兩個量子不再有任何關係！

量子的這種糾纏態通常會被應用在量子金鑰分發領域，極大地提升保證資訊的安全係數。一旦資訊被竊聽（也就是觀測），量子糾纏作用馬上就會消失，這樣資訊的分發者立刻就能知道有人在竊聽盜取資訊了！理論上這種資訊分發的安全係數可以是百分之百的。

量子隧穿。何為“量子隧穿”？用宏觀世界的例子更好理解。比如說在我們的宏觀世界，赤手空拳的你在面對一堵10米高的牆時，無論如何是不可能翻越過去的，用微觀世界的術語就是：10米遠遠超出了你的“能量勢壘”！

但在微觀世界一切大不一樣。量子（還有各種微觀粒子）有一定機率突破自己的“能量勢壘”，直接“翻越過去”。這種機率雖然並不大，但由於微觀粒子數量太龐大了，能突破能量勢壘的微觀粒子絕對數量也會很多的。

在我們的太陽內部，1500萬度的高溫本來是遠遠達不到核聚變條件的，但正是因為量子隧穿效應，總有一些微觀粒子突破“1500萬度”的低溫約束髮生核聚變。

量子隧穿效應早已經應用在我們日常使用的產品當中，比如最常見的半導體，掃描隧道顯微鏡等產品。

隨著科學家對量子力學的深入研究，將會有越來越多的量子產品出現在我們身邊，在不遠的未來很可能引發新一輪技術革命！