量子世界

史峰

2016年8月16日1時40分，中國成功將世界首顆量子科學實驗衛星（簡稱“量子衛星”）發射升空，世界為之震驚，量子也隨之進入大眾的視野。

量子是什么

偉大的科學家牛頓創造了經典力學，它可以測定一個物體的運動速度和運動軌跡。比如知道一個物體受到了哪些作用力，把這些力值代入牛頓研究出的計算公式，就能算出這個物體將以多快的速度沿著什么樣的路線運動。

經典力學的計算公式可以計算宏觀物體的速度和軌跡，比如一個皮球、一輛汽車，甚至是冥王星等，但這個公式卻無法計算微觀世界里微粒的運動速度和軌跡。一個物理量如果有最小的單元而不可連續地分割，就說這個物理量是量子化的，并把最小的單元稱為量子。簡單地說，就是把某物質不停地分，分到不能再分，那個最小的微粒就是量子。當然，可以分的東西不僅是有形的物質，還包括有能量的非物質。比如光是非物質，但它有能量，也可以不斷地分，分到不能再分的那個光微粒就是光量子。

以量子的角度來理解，物質的變化其實就是能量的變化，即是量子在變化，能量就潛伏在很多微小的物質中，那么量子也可理解成最小的能量微粒，這可以說是“量子級的世界觀”。

量子命運多（chuǎn）

經典力學理論在量子世界遭到挫折之后，一群打破習慣思維、大膽想象的年輕科學家開始尋找能解釋量子運動變化規律的新理論，于1925年確定了量子科學這一領域。他們是時年25歲的泡利、24歲的海森堡、24歲的費米各、23歲的狄拉克，及年齡最大的36歲的薛定諤。

起初人們都不能理解量子理論，就連物理學界領袖愛因斯坦對量子的存在也持半信半疑的態度。愛因斯坦關注了量子理論十年后，最終選擇了回避。還有一些科學家對量子科學持完全否定的態度，他們認為量子科學是神學，說做量子研究的年輕人是騙子。量子科學家被誤解，關鍵是因為量子的一些表現實在是太驚人了。能有多驚人，我們一一道來。

量子讓意識不滅

生命不會永存，必將走向衰亡，這是常識。可是量子偏偏要挑戰常識，它告訴人們：人的意識可以不滅，從而得到某種意義上的長生。

量子科學家認為靈魂其實就是由帶有能量的量子組成的，人的意識就是量子的集合體。人活著時，量子組成的意識就駐存在大腦里，去世時量子就散失在外界空間里，等于離開了人體。因此，人的生死和意識的有無，被看作是量子的聚與散。量子科學家正在研究一種方法，試圖把意識量子鎖定在大腦里，讓它們永遠無法向外界空間散失，意識量子永遠存在，則人就不會“逝去”。

但大腦終究是肉體，人類目前掌握的科技，尚不能讓肉體永遠保鮮。那么可以把意識從衰老的大腦轉移到鮮活的大腦，讓意識長存。思識長存。這個情節我們在科幻電影里似曾相識。

也許你會質疑，科學家竟然說出這種“神話”來，其實關于量子與靈魂的研究并不是神話，而是嚴肅的科學。用量子解釋靈魂，生活中遇到的一些怪異問題似乎就能找到答案。比如說“靈魂出竅”，一個人感覺到自己的意識離開了自己的肉體，在自己的肉體之外活動，量子科學認為這是意識量子集體“出游”的現象。雖然這一理論尚未得到證實，但卻給人類開啟了認識生命的新窗口。

量子很調皮

量子組成靈魂似乎不太靠譜，嚇到你了吧。接下來，我們說些靠譜的事，來壓壓驚，定定神。

我們常見小孩子互相模仿：一個做鬼臉，另一個也學著做鬼臉；一個假裝哭，另一個也跟著假裝哭。像調皮的孩子一樣，量子也很“調皮”。一個量子發出“你好”的信息，另一個量子也立馬復制出“你好”這個信息；一個量子有“一加一等于二”的信息，另一個量子身上也會出現“一加一等于二”的信息。

小孩子調皮模仿，需要信息傳輸的過程，至少他們之間需要相互看得到。量子之間的相互模仿則不需要實際的傳輸過程，不用相互看見，全靠“心靈感應”。人與人之間的心靈感應還沒有被科學證實和解釋，可是量子之間的心靈感應是實實在在的自然現象，被稱為“量子糾纏”。

“量子糾纏”讓量子之間可以傳送信息，且信息在量子之間的傳輸不需要任何“線路”，信息的送達不需要“時間”。利用“量子糾纏”而開發出來的新一代量子通信技術已經變成了現實，我國發射的首顆量子衛星“墨子號”就應用了量子通信技術。中國的科學家們計劃，未來要讓每個人都能使用到量子通訊。

量子的小脾氣

自古以來，密碼編制者和密碼破譯者不斷進行著加密與解密的較量。在計算機時代，密碼編制者失敗的次數增多了，我們常聽說無線網絡密碼被破解、銀行卡密碼泄露的案例。曾經有位數學家設計過一個超級復雜的密碼，然后信心滿滿地對外宣稱，要破解他的密碼，需要數億年。一群密碼破譯愛好者表示不服，組織了600人，使用了數百臺計算機，耗時6個月，超強密碼就被破譯了。

那有沒有牢不可破的密碼呢？答案是肯定的，量子密碼就無法破譯。什么叫量子密碼？簡單地說就是以量子的當下狀態作為密碼。比如約定量子的“站立狀態”是密碼，然后雙方就使用量子的“站立狀態”保持通訊。如果竊密者想知道量子作密碼時的“狀態”，他就得“偷窺”量子的狀態是什么樣。結果這一窺干擾了量子，后果很嚴重。量子是有脾氣的，它被打擾后很生氣，從“站立狀態”立即變成“蹲著”或“躺下”的狀態，相當于密碼“自毀”了。這時候發信息者就會發現信息無法傳輸或是信息傳輸出現錯誤，從而推斷出有人在竊取量子密碼，趕緊采取保護措施。

量子的這個小脾氣，在科學上叫做“量子不可復制性”，這種特性是量子密碼安全的根本原因。竊密者如果想攔截量子密碼，就要對其進行測量，結果量子密碼立即改變狀態，這就保障了量子密碼不可竊取和不可復制，甚至你都不能“看”它一眼。

量子的分身術

同學們都知道孫悟空的分身術吧，只聽得孫悟空大喊一聲“變”，一個孫悟空立刻變化出無數個孫悟空。如果誰與孫悟空比賽摘桃子速度，真的比不上。你一個人摘，孫悟空分身出無數個自己來一起摘，真是天壤之別啊。

量子也有分身術，一個量子在某個空間內可以在任意位置出現，和分身術有相似的效果。量子的分身術稱為“量子疊加態”，具有疊加性質的量子最典型的應用就是用來制造計算機。利用量子技術制造成的計算機，稱為“量子計算機”。

量子計算機與現在我們使用的普通計算機相比，最大的區別就是運算速度不同。普通計算機一億年才能完成的計算量，量子計算機不出一秒鐘就能輕松搞定。量子計算機的驚人速度就是利用了量子的分身術，在運行過程中無限疊加，相當于由無數臺計算機在同時計算，真是“眾人拾柴火焰高”啊。量子計算機的計算速度甚至超過了光速，上文提到的用數百臺計算機歷經6個月破除密碼，如果用量子計算機攻破傳統密碼，將瞬間可破。

如今計算機早已應用在人們生產生活的方方面面。想象一下，有了超光速的量子計算機，人類的生活就將進入“量子時代”，我們的生活、學習和工作方式都可能會改變。速度的飛躍同時伴隨著質的提升，量子計算機的智能程度也將無可限量，很多科幻電影中的故事也許就能變成現實。

量子旅行

近年來火星旅行的概念非常熱門，隨著航天科技的發展，遨游太展，趙游太空已不再是夢想。但宇宙廣闊，什么樣的飛行器才能載人到數億光年以外的星球上去呢？量子飛行器給我們提供了長途太空旅行的可能。

量子理論認為萬物都由量子積聚而成，人體內也存在著量子，但人體量子沒有“相干性”，也就是說人體量子雖為“鄰居”，但相互不認識，不來往。量子不相干，人