中国科普博览 - 都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥?

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:25    发布时间:2020/1/15 14:35:34   出处:中国科普博览   

  出品:科普中国
制作:柴知道

  监制:中国科学院计算机网络信息中心

  近些年,由于中国在量子通信领域的研究喜报频传,市场上出现了很多炒作“量子科技”概念的各种“伪创新”产品,比如,如量子水杯、量子按摩、量子鞋垫、量子医学等。

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  某购物网站可以搜索到的部分量子产品

  为了避免大众上当,知名主持人甚至在节目中直接建议,“凡是用钱能够买到的量子产品全是假的”。

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  然而,很多人免不了会产生这样的疑问:量子到底是什么?量子力学、量子通讯领域研究成果这么多,目前真的还没有开发出实用的量子产品吗?我们今天就把大家的疑惑一一解答。

  

量子力学有哪些实际应用?

什么是量子?

  1900年,普朗克在这篇只有九页的论文里首次提出了能量的不连续性,一脚踢开了量子力学的大门。

量子到底是什么呢?

  把一个长一米、宽一米的物体,放大十倍,再放大十倍,然后放大一千倍,再放大一千倍,最后再放大一百亿倍,你就进入了量子的世界

  量子世界里,所有物质都可以被还原成61种基本粒子。其中最重的基本粒子,质量也不超过3.1×10^-25千克。

  和宏观世界不同,量子世界里很多物理量是不连续的,比如质量,电荷,甚至是能量,都有一个最小的单元。这些单元不可分割,任何数值只能取它们的整数倍。这就好比你可以从口袋里掏出5毛或者1分钱,但你永远也掏不出来半分钱。所谓量子就是指这些不可分割的最小单元。

目前真的没有真正的量子产品吗?

  并不是!今天你用到的每一款电子设备,其实都是量子力学的周边产品,它们的特点是,便宜、稳定,而且靠谱

  它就是晶体管。晶体管的祖师爷是瑞士物理学家布洛赫, 1928年,他在博士论文中提出布洛赫波的概念,在此基础上发展出的能带理论,极大推进了半导体材料的研究进展。能带理论揭示了固体内部电子的运动特点,因为这个理论,科学家才终于弄清楚了导体、绝缘体和半导体究竟是怎么一回事儿。

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  晶体管 (图片来源:维基百科)

  1947年的12月23日,贝尔实验室的三位研究员利用锗半导体,发明出了第一枚点触式晶体管,这标志着信息时代的正式开始。

  除了晶体管,另一款畅销的量子周边产品是固态硬盘

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  轻便、稳定、存储信息较多的固态硬盘(图片来源:Veer图库)

  它由1927年德国物理学家洪德发现的“量子隧穿效应”为原理制成:只要施加外部电压,电子能像穿越隧道一样,穿过势能远大于自身动能的势垒,进入浮栅,完成写入过程,比传统机械硬盘快得多。

  固态硬盘的最初设计来自贝尔实验室,1967年,台湾工程师施敏和同事从甜点的夹层涂酱中获得灵感,制作出了一款基于量子隧穿效应的非挥发性内存;然后又经过20多年的研发,第一款成熟的固态硬盘产品才算诞生。

  同样基于“量子隧穿效应”制成的还有另一款产品:扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜的原型机是IBM公司的苏黎世研究实验室于1981年生产。它能探查物体表面单原子级别的起伏,甚至可以在低温下 用探针精确操作单个分子或原子。毫不夸张地说,纳米技术就是因为这款显微镜才得以诞生的。

  这款产品的售价是80万人民币。相比其它的周边产品,这款贵是贵了点,但是它的作用大,本身价值也高,可以这么说,目前几乎任何一项新型材料的研发,都需要用到它。

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  几乎任何一项新型材料的研发都需要用到的扫描隧道显微镜(图片来源:百度百科)

  还有一款非常有潜力的量子产品是,利用“受激辐射”原理开发的激光器。

  受激辐射是爱因斯坦在1917年预言的量子现象。简单点说,就是通过刺激处于激发态的原子,让里面的电子跃迁到能量更低的状态,由此释放出频率一致,传播方向一致,相位一致,偏振状态一致的光子束。

  直到40多年后,美国休斯顿实验室才用红宝石发射出了世界上的第一束激光。有了合适的激光器,你就能自己刻录光盘、扫描打印、切割玻璃,甚至还能用激光测距、做指纹鉴定、或者把它改造成激光灭蚊器。

如何分辨市面上的产品是否真的是量子产品?

  要想获得最准确的判断,当然是请教量子领域的专家。但毕竟我们大部分人都很难接触到量子领域的专家,这里我们给大家提供一个非常简单的方法。

  总结一下这些靠谱的量子产品,你会发现,它们都有一个共同点:名字里面都不带量子两个字

  因为归根结底,“量子”只是一套微观领域里的物理定律。

  就像你不会把“智人”两个字加在自己名字前面一样,真正靠谱的量子产品,也没有必要把量子写到名字上。

都说遇事不决量子力学,真正的量子力学到底是个啥? - 后花园网文 - 科技新闻

  

中国科普博览』的更多其他内容(随机显示)

01、采暖、做饭、开车......这个沉默的“杀手”一直潜伏在你身边

2020/1/14 10:29:49

02、中国科技云 2.0上线发布

2019/12/27 10:18:12

03、澳大利亚大火导致考拉功能性灭绝?并没有!

2020/1/10 16:39:36

04、舰船前面这一大长坨干啥用的?

2020/1/8 11:37:36

05、叫个卫星来“玩”雪?还属气象人有排面!

2020/1/3 11:57:58

06、2019,我们人类这一年——中国科普博览x知乎年度盘点

2019/12/31 14:59:10

07、制作一棵圣诞树,可以挑选哪些植物?

2019/12/25 11:30:48

08、压力太大,叹气来治,今天你叹气了吗?

2019/12/19 10:11:32

09、你第一个见到的外星人可能是……微生物

2019/12/13 9:59:12

10、“从师”荷叶开启被动技能,防冰属性+10086

2019/12/9 9:55:17

11、中国研发出批量生产蜘蛛丝的方法!蜘蛛侠听到都哭了

2019/12/5 12:39:11

12、Nature新研究:真正的癌基因竟然不在染色体上

2019/12/2 10:24:56

13、因为 “贪吃” 躲过灭绝,异兽是如何做到的?

2019/11/28 14:36:06

14、银河是条天上的河流吗?不,银河是……

2019/11/25 17:32:19

15、这档全网智商最高的神综艺,科学家组局,邀你加入群聊!

2019/11/22 10:38:27

16、狗子最爱听什么音乐?古典、摇滚还是流行音乐?

2019/11/21 9:53:20

17、知道赏菊、斗菊,你可能不知道菊花最开始是用来吃的

2019/11/19 16:30:12

18、同样是云,为什么有的下雪,有的下雨,有的下冰雹

2019/11/18 10:56:00

19、“旅行者2号”走了41年,太阳系究竟有多大?

2019/11/15 14:28:35

20、400年来,人们用什么追星?

2019/11/4 15:54:12

21、十问十答,解决你关于手足口病的所有疑惑

2019/11/4 10:47:21

22、让人活命的氧气,曾导致99.5%的生命消失

2019/11/1 10:26:11

23、早期肿瘤标志物检测再添新武器

2019/10/30 10:32:17

24、用炮弹打?人工增雨到底会不会污染空气?

2019/10/29 14:05:13

25、警察同志,我没酒驾,是肠道菌在“酿酒”

2019/10/21 12:02:12

26、南方还在高温?要不试试“扭一扭”制冷法

2019/10/18 14:14:09

27、“定向爆破”肿瘤细胞,重离子治疗成为肿瘤患者福音

2019/10/10 13:56:36

28、84岁天文学家终获诺奖,在他之前,研究宇宙基本靠猜

2019/10/8 22:42:29

29、特别的征途:青藏高原不仅有攀登者,还有他们

2019/9/30 17:05:43

30、你需要一副防蓝光眼镜?其实只是商家需要你的钱包

2019/9/26 10:05:39

31、北京大兴国际机场正式投运!一张动图带你看机场建设全过程

2019/9/25 14:04:40

32、心脏骤停黄金4分钟,知道这些关键时刻能救命

2019/9/11 11:16:51

33、你看这月亮,时近时远,忽冷忽热,像不像你对象

2019/9/9 9:52:36

34、化学催化魔术,未来你呼一口气就能变汽油

2019/9/6 9:13:35

35、电动汽车如何做到“充电五分钟,续航五百里” ?

2019/9/2 11:16:40

36、人类的祖先到底是哪位?科学家自己都研究懵了

2019/8/29 11:17:33

37、隔了一夜的水到底能不能喝?

2019/8/28 9:36:28

38、寒号鸟竟然不是鸟,我这是上了假小学?

2019/8/20 10:48:31

39、距离太阳8亿公里,木卫二的海水为什么冻不瓷实?

2019/8/16 13:04:09

40、科学家心目中最怪异、谜团最多的恐龙 又“上新”了!

2019/8/14 14:46:27

41、会不会被病毒感染,生物钟说了算

2019/8/9 11:03:27

42、91岁老太打破短跑世界纪录,为什么还是不建议你跑步健身

2019/8/8 14:02:23

43、在中国,你再也找不到一个不通电的村庄

2019/8/8 14:00:22

44、《长安十二时辰》,没有钟表、手机,古人如何知道时间?

2019/8/14 11:01:05

45、毫米大小水滴里竟然有一个实验室

2019/8/2 10:40:53

46、成为台风不容易,不但要拼实力拼出身,破坏力太强还会被除名

2019/8/1 11:23:06

47、猪油能干啥?还能造巨石阵

2019/7/30 15:15:43

48、得了肝炎就一定会得肝癌?

2019/7/29 14:43:13

49、是哪些生物主导了地球史上最大的生物辐射事件?

2019/7/23 11:28:40

50、天宫二号已“回家”!2分钟独家回顾她的灿烂一生

2019/7/19 21:26:55