量子到底是什么? 量子到底能做什么( 二 )


第一,量子叠加 。在我们生活的宏观世界,任何物体都只可能有一种状态,比如说你在玩电脑,你只可能在电脑前,不可能再出现在其他地方,这是一个基本生活常识 。
但在量子世界,一切都完全不同,一个量子可以同时拥有多种状态,同时出现在不同的地方 。而一旦我们想要观察看看量子究竟处于什么状态,量子马上就坍缩为其中一种状态,从不确定性坍缩为确定性 。
这就好比在宏观世界,你既可以在家里看电视,同时也可以在学校上课,还可以在网吧玩游戏 。如何确定你的状态呢?只有去观测,一旦实施观测,你的状态就确定了!
【量子到底是什么? 量子到底能做什么】量子的这种特性如此诡异,难怪爱因斯坦会如此反驳波尔:不看月亮是它就不在那里吗?
在宏观世界当然不可能(其实也是有可能的,但可能性太小太小了,完全可以忽略不计),但在微观世界这种现象到处可见 。

量子到底是什么? 量子到底能做什么

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在微观世界,正是因为量子叠加的存在,量子可以同时处理多个事件,而利用量子的这种特性可以大大提升计算机的计算速度,这也是量子计算机的颠覆性所在 。
量子计算机的速度远超如今我们使用的普通计算机,到底有多快?举个例子就知道了 。比如说用现代计算机分解一个300位的数,需要十几万年的时间才可以完成,而用量子计算机只需要几秒钟就能完成!
量子到底是什么? 量子到底能做什么

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量子纠缠 。何为“量子纠缠”?当几个量子发生相互作用后,就会成为一个不可分割的整体,处于纠缠态,不能单独描述其中一个量子的特性 。无论量子之间相距多远,整体状态不会发生改变 。其中一个量子的状态发生改变,其他量子的状态立刻也会跟着发生相应改变,以保证量子的整体性不会改变!量子之间就好像有“心灵感应”一样,能瞬间感应到彼此!
比如说,即便两个纠缠的量子分别被放在宇宙的两端,只要其中一个量子的自旋方向发生改变,另一个量子的自旋方向也会跟着马上发生变化 。
而一旦我们对其中一个量子进行观测,量子的状态马上确定下来,同时量子之间的纠缠关系立刻消失,整体性也不复存在,两个量子不再有任何关系!
量子的这种纠缠态通常会被应用在量子密钥分发领域,极大地提升保证信息的安全系数 。一旦信息被窃听(也就是观测),量子纠缠作用马上就会消失,这样信息的分发者立刻就能知道有人在窃听盗取信息了!理论上这种信息分发的安全系数可以是百分之百的 。
量子隧穿 。何为“量子隧穿”?用宏观世界的例子更好理解 。比如说在我们的宏观世界,赤手空拳的你在面对一堵10米高的墙时,无论如何是不可能翻越过去的,用微观世界的术语就是:10米远远超出了你的“能量势垒”!
量子到底是什么? 量子到底能做什么

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但在微观世界一切大不一样 。量子(还有各种微观粒子)有一定几率突破自己的“能量势垒”,直接“翻越过去” 。这种几率虽然并不大,但由于微观粒子数量太庞大了,能突破能量势垒的微观粒子绝对数量也会很多的 。