量子世界

史峰

2016年8月16日1时40分，中国成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）发射升空，世界为之震惊，量子也随之进入大众的视野。

量子是什么

伟大的科学家牛顿创造了经典力学，它可以测定一个物体的运动速度和运动轨迹。比如知道一个物体受到了哪些作用力，把这些力值代入牛顿研究出的计算公式，就能算出这个物体将以多快的速度沿着什么样的路线运动。

经典力学的计算公式可以计算宏观物体的速度和轨迹，比如一个皮球、一辆汽车，甚至是冥王星等，但这个公式却无法计算微观世界里微粒的运动速度和轨迹。一个物理量如果有最小的单元而不可连续地分割，就说这个物理量是量子化的，并把最小的单元称为量子。简单地说，就是把某物质不停地分，分到不能再分，那个最小的微粒就是量子。当然，可以分的东西不仅是有形的物质，还包括有能量的非物质。比如光是非物质，但它有能量，也可以不断地分，分到不能再分的那个光微粒就是光量子。

以量子的角度来理解，物质的变化其实就是能量的变化，即是量子在变化，能量就潜伏在很多微小的物质中，那么量子也可理解成最小的能量微粒，这可以说是“量子级的世界观”。

量子命运多（chuǎn）

经典力学理论在量子世界遭到挫折之后，一群打破习惯思维、大胆想象的年轻科学家开始寻找能解释量子运动变化规律的新理论，于1925年确定了量子科学这一领域。他们是时年25岁的泡利、24岁的海森堡、24岁的费米各、23岁的狄拉克，及年龄最大的36岁的薛定谔。

起初人们都不能理解量子理论，就连物理学界领袖爱因斯坦对量子的存在也持半信半疑的态度。爱因斯坦关注了量子理论十年后，最终选择了回避。还有一些科学家对量子科学持完全否定的态度，他们认为量子科学是神学，说做量子研究的年轻人是骗子。量子科学家被误解，关键是因为量子的一些表现实在是太惊人了。能有多惊人，我们一一道来。

量子让意识不灭

生命不会永存，必将走向衰亡，这是常识。可是量子偏偏要挑战常识，它告诉人们：人的意识可以不灭，从而得到某种意义上的长生。

量子科学家认为灵魂其实就是由带有能量的量子组成的，人的意识就是量子的集合体。人活着时，量子组成的意识就驻存在大脑里，去世时量子就散失在外界空间里，等于离开了人体。因此，人的生死和意识的有无，被看作是量子的聚与散。量子科学家正在研究一种方法，试图把意识量子锁定在大脑里，让它们永远无法向外界空间散失，意识量子永远存在，则人就不会“逝去”。

但大脑终究是肉体，人类目前掌握的科技，尚不能让肉体永远保鲜。那么可以把意识从衰老的大脑转移到鲜活的大脑，让意识长存。思识长存。这个情节我们在科幻电影里似曾相识。

也许你会质疑，科学家竟然说出这种“神话”来，其实关于量子与灵魂的研究并不是神话，而是严肃的科学。用量子解释灵魂，生活中遇到的一些怪异问题似乎就能找到答案。比如说“灵魂出窍”，一个人感觉到自己的意识离开了自己的肉体，在自己的肉体之外活动，量子科学认为这是意识量子集体“出游”的现象。虽然这一理论尚未得到证实，但却给人类开启了认识生命的新窗口。

量子很调皮

量子组成灵魂似乎不太靠谱，吓到你了吧。接下来，我们说些靠谱的事，来压压惊，定定神。

我们常见小孩子互相模仿：一个做鬼脸，另一个也学着做鬼脸；一个假装哭，另一个也跟着假装哭。像调皮的孩子一样，量子也很“调皮”。一个量子发出“你好”的信息，另一个量子也立马复制出“你好”这个信息；一个量子有“一加一等于二”的信息，另一个量子身上也会出现“一加一等于二”的信息。

小孩子调皮模仿，需要信息传输的过程，至少他们之间需要相互看得到。量子之间的相互模仿则不需要实际的传输过程，不用相互看见，全靠“心灵感应”。人与人之间的心灵感应还没有被科学证实和解释，可是量子之间的心灵感应是实实在在的自然现象，被称为“量子纠缠”。

“量子纠缠”让量子之间可以传送信息，且信息在量子之间的传输不需要任何“线路”，信息的送达不需要“时间”。利用“量子纠缠”而开发出来的新一代量子通信技术已经变成了现实，我国发射的首颗量子卫星“墨子号”就应用了量子通信技术。中国的科学家们计划，未来要让每个人都能使用到量子通讯。

量子的小脾气

自古以来，密码编制者和密码破译者不断进行着加密与解密的较量。在计算机时代，密码编制者失败的次数增多了，我们常听说无线网络密码被破解、银行卡密码泄露的案例。曾经有位数学家设计过一个超级复杂的密码，然后信心满满地对外宣称，要破解他的密码，需要数亿年。一群密码破译爱好者表示不服，组织了600人，使用了数百台计算机，耗时6个月，超强密码就被破译了。

那有没有牢不可破的密码呢？答案是肯定的，量子密码就无法破译。什么叫量子密码？简单地说就是以量子的当下状态作为密码。比如约定量子的“站立状态”是密码，然后双方就使用量子的“站立状态”保持通讯。如果窃密者想知道量子作密码时的“状态”，他就得“偷窥”量子的状态是什么样。结果这一窥干扰了量子，后果很严重。量子是有脾气的，它被打扰后很生气，从“站立状态”立即变成“蹲着”或“躺下”的状态，相当于密码“自毁”了。这时候发信息者就会发现信息无法传输或是信息传输出现错误，从而推断出有人在窃取量子密码，赶紧采取保护措施。

量子的这个小脾气，在科学上叫做“量子不可复制性”，这种特性是量子密码安全的根本原因。窃密者如果想拦截量子密码，就要对其进行测量，结果量子密码立即改变状态，这就保障了量子密码不可窃取和不可复制，甚至你都不能“看”它一眼。

量子的分身术

同学们都知道孙悟空的分身术吧，只听得孙悟空大喊一声“变”，一个孙悟空立刻变化出无数个孙悟空。如果谁与孙悟空比赛摘桃子速度，真的比不上。你一个人摘，孙悟空分身出无数个自己来一起摘，真是天壤之別啊。

量子也有分身术，一个量子在某个空间内可以在任意位置出现，和分身术有相似的效果。量子的分身术称为“量子叠加态”，具有叠加性质的量子最典型的应用就是用来制造计算机。利用量子技术制造成的计算机，称为“量子计算机”。

量子计算机与现在我们使用的普通计算机相比，最大的区别就是运算速度不同。普通计算机一亿年才能完成的计算量，量子计算机不出一秒钟就能轻松搞定。量子计算机的惊人速度就是利用了量子的分身术，在运行过程中无限叠加，相当于由无数台计算机在同时计算，真是“众人拾柴火焰高”啊。量子计算机的计算速度甚至超过了光速，上文提到的用数百台计算机历经6个月破除密码，如果用量子计算机攻破传统密码，将瞬间可破。

如今计算机早已应用在人们生产生活的方方面面。想象一下，有了超光速的量子计算机，人类的生活就将进入“量子时代”，我们的生活、学习和工作方式都可能会改变。速度的飞跃同时伴随着质的提升，量子计算机的智能程度也将无可限量，很多科幻电影中的故事也许就能变成现实。

量子旅行

近年来火星旅行的概念非常热门，随着航天科技的发展，遨游太展，赵游太空已不再是梦想。但宇宙广阔，什么样的飞行器才能载人到数亿光年以外的星球上去呢？量子飞行器给我们提供了长途太空旅行的可能。

量子理论认为万物都由量子积聚而成，人体内也存在着量子，但人体量子没有“相干性”，也就是说人体量子虽为“邻居”，但相互不认识，不来往。量子不相干，人