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测量量子有啥用途
2017年12月04日 14:21 来源:《人民日报》 作者:吴月辉 字号

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  如果你拿一个仪器对量子进行测量,就会发现测量的结果完全随机

  

  量子是物理世界里最小的、不可分割的基本单元,是能量的最基本携带者。它是光子、质子、中子、电子、介子等基本粒子的统称。可以说,整个世界都是由量子组成的。比如,日常生活中的光,就由大量光量子组成。

  我们要认识和了解量子,就必须知道量子物理状态,比如它是如何运动的,能量有多大等。那么,怎么知道量子物理状态呢?这就必须依靠测量。

  然而,量子很“调皮”,并不容易测量。这是因为,量子有着许多不同于宏观物理世界的奇妙现象和特性,比如量子叠加。

  中科院量子信息与量子科技创新研究院、中国科学技术大学上海研究院副研究员张文卓说:“量子叠加现象在我们生活的宏观世界里是存在不了也无法维持的。在宏观的经典世界里,1就是1,2就是2。而在微观的量子世界中,一个状态可以存在于1和2之间,它既不是1,也不是2,但它既是1,又是2。”

  “这就好比孙悟空的分身术。一个孙悟空可以同时出现在多个地方,孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。”中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟解释道,“在日常生活中,一个人不可能同时出现在两个地方。但在量子世界里,作为一个微观的客体,它能够同时出现在许多地方。”

  张文卓说:“在我们生活的宏观经典世界中,遵照的是经典力学规律。而在量子世界中,遵照的则是量子力学规律。在量子力学里,光子(量子的一种)可以朝着某个方向进行振动,叫做偏振。因为量子叠加,一个光子可以同时处在水平偏振和垂直偏振两个量子状态的叠加态。许多科学实验证明,因为量子叠加效应的存在,一测量就会破坏或改变量子的状态。因此,如果你拿一个仪器对量子进行测量,就会发现测量的结果完全随机。”

  既然量子如此难测量,那有没有啥独特的测量方式?

  “要测量基本粒子的性质,能用的东西最小也必须是基本粒子。打个比方吧,用刀切肉,刀需要比肉薄很多,才能切得更精准。但如果你想切的肉比你能找到的最薄的刀都薄,你就切不准了,还会把肉毁了。”张文卓解释道,“量子世界里的测量就是这么难,你想测的东西极其脆弱,一碰就变,你也不可能找到更精细的工具去测。所以,在测量中要涉及各种各样非常复杂的方法,比如各种激光、单光子探测器等。”

  量子密钥分发这种量子通信方式是利用量子的不可复制性以及测量的随机性来生成量子密码

  通过测量量子,就可以了解量子的物理状态,了解它的性质,从而更好地去应用它。比如,在量子通信中,对量子的测量就很关键。

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