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《量子科技揭秘:探秘微观世界的奇妙叠加与纠缠》

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:但在微观量子世界里,却有着截然不同的奇妙物理规则,最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。但在微观世界,量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。而“量子人”的“分身术”也会消失,他会出现在北京或上海。根据量子理论,如果两个量子之间形成“纠缠态”,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个也会“瞬间”发生相应变化。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。

《量子科技揭秘:探秘微观世界的奇妙叠加与纠缠》

量子是什么?根据量子理论,量子是最小的、不可再分割的能量单位。我们中学物理书上提到的分子、原子电子,其实都是量子的不同形式。可以说,我们的世界由量子组成,我们每个人都是“24K”纯量子产品。

在我们日常生活的宏观世界里,物体的位置、速度等,都可以通过经典力学精确测算。但在微观量子世界里,却有着截然不同的奇妙物理规则,最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。

在宏观世界,任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置。但在微观世界,量子却同时处于多种状态和多个位置的“叠加”。

物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加:箱子里有一只猫,在宏观世界中它要么是活的,要么是死的。但在量子世界中,它可以同时处于生和死两种状态的叠加。

如果用一个人来比喻,他不仅同时处于生和死两种状态的叠加,还可以同时身处多个地点,比如既在北京又在上海。(www.xing528.com)

更难以想象的是,量子的状态还经不起“看”:如果你去测量,它就会从多个状态、多个位置,变成一个确定的状态和位置了。也就是说,如果你打开“薛定谔的箱子”,猫的叠加态就会消失,你会看到一只活猫或一只死猫。而“量子人”的“分身术”也会消失,他会出现在北京或上海。

叠加已经很奇妙,但当两个量子“纠缠”在一起,那种奇怪连爱因斯坦都难以接受。

根据量子理论,如果两个量子之间形成“纠缠态”,那么无论相隔多远,当一个量子的状态发生变化,另一个也会“瞬间”发生相应变化。爱因斯坦曾把这一现象称作“鬼魅般的超距作用”。

▲ 2020年12月4日,中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人成功构建76个光子的量子计算原型机“九章”,求解数学算法高斯玻色取样只需200秒。这一突破使我国成为全球第二个实现“量子优越性”的国家。这是光量子干涉实物图:左下方为输入光学部分,右下方为锁相光路,上方共输出100个光学模式,分别通过低损耗单模光纤与100超导单光子探测器连接。(新华社发 刘军喜摄)

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