现代社会硕果累累的技术成就,几乎全都与量子力学有关。你打开一个电器,导电性是由量子力学解释的,电源、芯片、存储器、显示器的工作原理是基于量子力学的。走进一个房间,钢铁、水泥、玻璃、塑料、纤维、橡胶的性质是由量子力学决定的。登上飞机、轮船、汽车,燃料的燃烧过程是由量子力学决定的。研制新的化学工艺、新材料、新药,都离不开量子力学。可以这么说:与其问量子力学能用来干什么,不如问它不能干什么!
先问问大家一些为什么,有人能完美的给出答案吗?为什么改变钢铁的组成,能制造出各种特种钢?为什么原子能形成分子,例如两个氢原子H聚成一个氢气分子H2?为什么原子有不同的组合方式,例如碳原子能组合成石墨、金刚石、足球烯、碳纳米管、石墨烯?为什么食盐NaCl会形成离子晶体?为什么会有相变,例如水在0摄氏度以下结冰,0-100摄氏度之间是液体,100摄氏度以上气化?为什么有些物质很稳定,而有些物质容易发生化学反应?为什么有些物质例如铜能导电,有些物质例如塑料不导电?为什么有些物质例如硅是半导体?为什么有些物质例如水银在低温下变成超导体?为什么激光器和发光二极管能够发光?为什么化学家能合成比大自然原有物质种类多得多的新物质?为什么通过观察宇宙中的光谱线能知道远处星球的元素组成?……这些为什么我们都可以用量子力学知识得到完美的答案。
以上是就应用的范围比较量子力学比相对论要大得多。另一个观察的角度,是研究和学习的人数。现在所有的物理专业学生和许多相关专业(尤其是化学)的学生,都要学习量子力学,而学习广义相对论的只有理论物理、天文学等专业的学生(学习狭义相对论的学生还是很多的)。量子力学的研究活跃度也大大高于相对论。在媒体报道中你会发现,量子领域日新月异,相对论领域的大新闻却是验证爱因斯坦100年前预测的引力波!既然量子力学出现已经超过了一个世纪,为什么最近在媒体上变得如此火热?回答是:量子力学与信息科学的交叉学科——量子信息.这两门学科为什么可以交叉起来?因为对于信息科学来说,量子力学是一种可以利用的数学框架。量子信息的目的,就是利用量子力学的特性,实现经典信息科学中实现不了的功能,例如永远不会被破解的保密方法,科幻电影中的“传送术”(传送术原则上是可以实现的,它的专业名称叫做“量子隐形传态”)。
量子信息的大发展,把量子变成了舆论热词。在科学界内部其实很少用“量子科技”这个说法,因为如前所述,现代社会的所有技术成果都离不开量子力学,哪里有没有“量子”的科技呢?科学家们更喜欢用有明确定义的“量子力学”和“量子信息”等词汇。你在媒体上看到“量子科技”的时候,指的往往就是量子信息。
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