浅谈量子学的应用

罗海源

兰州市第二十七中学 甘肃兰州 730000

量子学作为一个新兴概念，在日常生活中的应用广泛。但是量子学作为一门复杂的物理学分支，其对普通百姓而言还是较为晦涩难懂的。实际上，量子学在我们的周围非常常见，只是因为其通常作为事物内部的原理而被忽略。由于量子学在我们的生活中十分常见，因此我们有必要对其进行介绍和推广，拓展大众视野，提升大众的总体素质水平，进而提高整个社会的文化水准。量子力学在现代科技中最具代表性的还是在信息传递方面的应用，本文也主要从这一方面对其进行了介绍。

1 量子学的介绍

要想理解量子学就必须从其发展说起。量子学的建立源于科学家对于微观世界的深入了解。我们现在已经知道物质的组成是到原子和中子层面，但是在这一层面上物质如何进行运动的我们以前并不清楚。后来经过几代科学家的探索，我们得知微观世界的原子等元素层面的物质运动可以用量子学来解释[1]。例如说：原子的运动。与宏观世界物质运动的连续性不同，原子的运动并不是连续的。也就是说，原子的运动是从一个能量级到另一个能量级的运动。这种运动方式也需要外来的能量作用来推动，与宏观世界的车子等运动方式不同，原子的运动需要特定大小的能量来驱动，超过或少于这大小的能量都不能够使原子的运动状态改变，而宏观世界的物质驱动只需要超过特定的能量值就可以。但是量子学并不是与宏观世界相脱节的。虽然量子存在于微观世界，但是宏观世界的所有物质都是由微观世界的物质所组成的，也就是说，量子组成了我们生活的宏观世界。那么，量子的阶梯式运动方式又是怎样与宏观世界物质的传送带方式整合到一体的呢？首先，我们都知道正负电荷的存在，当相等数量的正电荷和负电荷同时存在时，整体的电荷就会相抵消，最终物质呈现零电荷。在量子学中也是，量子学中所有的微观粒子在运动时均具有自己的特点，单独分析一个微观粒子的运动时，其运动是可描述的。但是当成千上万个微观粒子在统一的空间内进行运动时，各个方向的物质运动都有。我们可以这样考虑，某个粒子的运动方向，总会有另外一个粒子与它的运动方向相反，从而使这两个粒子的运动方向相抵消，同理也可以解释其它粒子的运动方向。在这样一个确定的空间内，所有粒子的运动就都被抵消了，所以物质的运动具有统一性，能够实现宏观世界的物质运动规律，即我们眼中所看到的运动方向。量子学的微观粒子运动有其自己的特性，不是人类的普通外力可以轻易改变的，同样，一旦人为因素作用于这一粒子，使其微观粒子的运动发生改变，那么其产生的能量也是巨大的，这也是现代新能源研发的重点。

2 量子学在科技信息中的应用

2.1 量子学在计算机中的应用

随着科技的进步，电子学元件的性能需求已经超过了现有物质材料的承载能力。例如计算机芯片，有研究显示，计算机组成的核心——芯片的数目和性能每半年到一年就能够进步一到两倍，但是随着芯片等元件的体积和空间分布越来越小，元器件的可缩小范围也越来越受限。因此研究人员必须要从新的角度寻求突破，而量子学就能够很好地解决这个问题。量子作为现代最认可的物理量存在的最小单位，其能够进一步地压缩元件的体积，同时提升元件的承载能力。量子学理论在计算机中的应用，能够使研究人员建立一种比超级计算机的运算和储存容量还要大的量子计算机。这种计算机不仅能够极大地缩小计算机的体积，提升计算机的性能，还能够实现超级计算机便携可带的目标[2]。

2.2 量子学在通信中的应用

量子学在通信中的应用可以简称为量子通信。现代网络已经很发达，网络的数据传递速度也在呈几何倍数的增加，但是现有传输材料的限制使得网络传输的速度很难有极大空间的提升。在这一方面要想有进一步的提高，就需要建立起量子通信网络。量子通信网络的具体建设还在研究当中，目前较为认可的可行理论是量子纠缠学说，即通过量子之间的能量或运动层级之间的关系来实现信息的传递。这与量子计算机是相对应的。量子通信与量子计算机的协同配合能够实现信息网络传递速度的极大提升，使人们在家用计算机上就能够实现大数据的传输和即时应用，能够提高人们日常的工作效率。

2.3 量子学在保密通信中的应用

由于量子作为一种微观粒子的能量形态具有阶梯式的能量层级，因此与传统的通信保密协议相比，其在密钥的建设中具有更大的加工空间以及更好的安全性。量子保密能够实现在公开网络中信息或者数据的加密传输，即在真正意义上地实现用户的信息安全。用户的信息安全是当今社会关注的一个热点问题，而量子密码在用户网络被侵入时，可通过极简单的校验步骤得知侵入的位置及对侵入者进行定位，从而对侵入的位置进行反馈，得到信息安全的保障。这种量子密码能够真正地实现数据的无条件安全。目前科学家在这一领域已经具有了一定的研究成果，但是要想实现量子密码的普及仍有很多的工作要做[3]。

3 结语

量子学在现代社会中具有非常广泛的应用，尤其是在科技通信中拥有具有代表性的应用，例如量子计算机、量子通信、量子密码技术等，虽然这些量子学应用技术现已有一定的成果，但是距离量子学相关技术的普及还有很长的路要走。另外，量子学在航空航天等其它领域也具有非常广泛的应用，因此我们有理由相信量子学在未来会有更大的发展空间。