量子的“超能力”

□松鼠老孫

量子的“超能力”

□松鼠老孫

最酷的科幻作品，一定是既討論宇宙時空，又試圖探索生命的秘密，因為這是目前科學領域面臨的兩個最大的未解之謎。比如科幻劇《星際迷航》里，柯克船長和斯波克進入“超距傳輸室”，就能從企業(yè)號飛船里消失，瞬間出現(xiàn)在星球另一端。你可不要以為這種科幻情節(jié)“純屬虛構”，其實，這種情節(jié)的設想來自量子奇異的性質。

沒有半份兒的量子

量子，量子，我們已經(jīng)聽人們說了太多次這個詞了，那么量子究竟是什么呢？簡單地說，它是這個世界上小到不能再小的單元。在量子物理學研究中，東西從來都不是按一件一件來分的，它們全部統(tǒng)一被切分為小得不能再小的一份一份，這個最小單位就是量子。我們所知道的原子、分子、質子、電子等等，它們都是以量子為最小單位的。

那我們常碰到的“量子化”又是什么意思呢？我們在玩樂高積木的時候，不管你要搭建一座城堡，還是搭建一架挖掘機，都要用到許多塊樂高積木。但無論你搭的是什么，你用的都是一整塊的樂高積木，沒有半塊，也沒有小半塊之說。在樂高的世界里，一塊樂高積木就是一粒量子；當你辛辛苦苦爬樓梯的時候，你可以注意數(shù)一數(shù)，不管多高的樓，樓梯都是一級又一級的臺階，不存在“半級”臺階這回事兒；學校里的等級也一樣，二年級、三年級、四年級，不可能有2.5年級、3.5年級這一說。這些“整數(shù)”化，沒有更小的份數(shù)的事兒，我們在物理學上稱之為“量子化”。

量子是德國物理學家普朗克教授在1900年提出來的。是的，在人類漫長的歷史過程中來說，量子的發(fā)現(xiàn)簡直可以稱作是“剛剛發(fā)生”。為什么到100年前才發(fā)現(xiàn)量子呢？因為量子實在太小太小了。所以我們不了解不太懂，也是情有可原啦，畢竟連最聰明的科學家們也沒有完全弄清楚量子是怎么回事呢。

織一張保密網(wǎng)

在第二次世界大戰(zhàn)中，密碼學家圖靈和許多破譯人員一起，幫助英國政府，破譯了德國希特勒戰(zhàn)隊的密碼機。悲催的希特勒根本不知道，其實他所發(fā)布的所有命令完全暴露在盟軍的眼皮子底下。在多次預先伏擊戰(zhàn)役失敗后，希特勒開始懷疑自己的情報被盜取了，所以他下令對考文垂這樣在戰(zhàn)略上不重要的城市進行轟炸，以測驗是不是真的被竊密了。丘吉爾為了戰(zhàn)爭的整體勝利，犧牲了考文垂，從而騙過了希特勒。

IBM公司研發(fā)出全新量子計算機，并免費向公眾開放。

我們設想，如果當時的希特勒擁有了量子通信技術，那么，他的命運也許就不是這樣的了。在量子通信技術里面，完全不存在信息被截獲的可能性。當信息通過量子態(tài)傳送到接收方的時候，接收方必須對量子進行測量才能看到傳遞的信息。如果中間，有第三者想要竊取信息，對不起，量子態(tài)馬上就會發(fā)生改變，傳送到接收方，接收方會立即發(fā)現(xiàn)被別人竊聽了。

有些同學一聽立即就激動了，那有了量子通信技術，是不是再也不用擔心媽媽偷聽我的電話了。恭喜你，你答對了！當你在跟同學講電話的時候，家里任何一人只要拿起另一個電話機想進行竊聽，你第一時間就會知道有人“侵入”了你們的談話。

這個通信技術離我們還很遠嗎？我國杰出的量子物理學家潘建偉院士已經(jīng)完成了距離超過200千米的光量子通信實驗，在世界上保持領先水平。今年，我國還計劃發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，與正在建設的京滬通信干線一起，最終打造一張?zhí)斓匾惑w化的量子保密通信網(wǎng)。

一株株薰衣草在燈光的映襯下，隨著微風左右搖擺，像是在鎂光燈聚焦下翩翩起舞的舞者。

浙江義烏市繡湖小學教育集團繡川校區(qū)吳俐瑩

計算機里的“老大”

想象一下，你被要求在5分鐘內在偌大的圖書館里，找到某一本書的某頁上的一個大寫字母“X”。這幾乎是不可能的，因為那里有你數(shù)都數(shù)不過來的書。但是如果你有一臺量子計算機，那么，所有的不可能就變成了可能。

和普通計算機只能按照時間順序一個個地解決問題相比，量子計算機卻可以在同一時間內解決多個問題。這種超快速度可能徹底改變所有行業(yè)，還能解決復雜的問題:

1.提供更為精準的天氣預報

量子計算機初創(chuàng)企業(yè)QxBranch的董事會成員雷伊·約翰遜表示，現(xiàn)代技術預測天氣情況的時候，即使用最尖端的儀器分析溫度和壓力，也會出現(xiàn)太多可能性，氣象模擬變化多端，而當前的天氣預報多數(shù)也都屬于經(jīng)過分析的大致猜測，所以，天氣預報還會出現(xiàn)漏報或錯報的現(xiàn)象。但一旦有了量子計算機，它可以一次分析所有數(shù)據(jù)，向我們提供更好的模型，精準地顯示惡劣天氣會在何時何地出現(xiàn)。這樣，我們可以提前得知颶風等災難來襲的具體信息，并贏得時間去拯救更多生命。

2.再也不會堵車

量子計算機可以簡化空中和地面交通控制的工作量，因為它們善于迅速計算出最佳路線。如果你計劃公路旅行，期間要在10個不同的地方停留，普通計算機可能需要單獨計算所有可能路線的長度，然后篩選出最佳路線。而量子計算機可以同時計算所有路線的長度，并以更快的速度篩選出最佳路線。

3.加速太空探索

利用開普勒太空望遠鏡，天文學家已經(jīng)在太陽系外發(fā)現(xiàn)近2000顆系外行星。開普勒的任務還包括盯緊這些行星，等待它們從宿主恒星前面通過。屆時，這些系外行星會投下陰影，天文學家可分析和預測這些行星上的大氣狀況，以及它們是否適合生命生存。

量子計算機可幫助太空望遠鏡獲得更多數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)更多系外行星，幫助迅速確認哪些行星最有可能適合生命生存。量子計算機甚至能夠發(fā)現(xiàn)開普勒望遠鏡錯過的系外行星。

未來的科學家們，請你來思考

現(xiàn)在，科學家們已經(jīng)證實“量子傳態(tài)”是可以實現(xiàn)的，那么人類是不是就可以實現(xiàn)把人和物體像《星際迷航》里面那樣，傳到其他的地方去？

目前來說，這個過程要實現(xiàn)還是不太現(xiàn)實的。因為“量子隱形傳態(tài)”要求接收方和發(fā)送方先擁有一對“關聯(lián)量子”，才能實現(xiàn)傳遞信息這個步驟。在這個過程中，僅僅是把量子態(tài)，也就是一個物體的各種屬性傳遞過去，而不是物體本身。

那么問題就來了，即使我們可以把代表我們的所有屬性都傳送到另一個星球上再創(chuàng)造一個“我”，那么留在地球上的“我”又是什么呢？生命難道真的可以這么輕松地復制嗎？大腦如此精密的器官是否真的可以把它量子化？

這些問題都是未解之謎，等著你們去解開，少年們，努力吧！

臨街的幾家茶館早已坐滿了人。他們邊悠閑地品著早茶，邊和路過的熟人打招呼，時而和臨桌的人聊幾句時政、嘮幾句家常。

浙江桐鄉(xiāng)市濮院小學翔云校區(qū)張青竹