工商分會(huì)
一、量子的起源
二、量子的概念
三、量子力學(xué)
四、量子的特性
1、傳遞的不連續(xù)性；
2、波粒二象性；
3、測(cè)不準(zhǔn)和坍塌性；
4、糾纏性；
5、疊加性；
6、不可克隆性；
7、坍塌性。
量子從概念的提出到理論量子力學(xué)的形成盡管已有百年，但問(wèn)津的只有少數(shù)學(xué)者。量子所表現(xiàn)出的神奇特性，包括愛(ài)因斯坦都表示懷疑，直到21世紀(jì)初夜被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，并對(duì)其奇特性質(zhì)顯現(xiàn)出來(lái)的應(yīng)用前景所吸引，才真正引起政界、軍界、商界的重視。量子這個(gè)具有劃時(shí)代意義的科學(xué)，正引領(lǐng)前沿科技潮流，滾滾向前，在國(guó)際上你追我趕，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。美、歐、日等發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛投資立項(xiàng)，搶占科技前沿，中國(guó)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，后來(lái)居上躋身國(guó)際先進(jìn)行列。對(duì)于老科技工作者，對(duì)量子方面的知識(shí)，知之甚少，出于對(duì)新知識(shí)的渴望，活到老學(xué)到老，不求弄通，只求聽(tīng)懂，跟上時(shí)代，愿意把讀書(shū)筆記奉獻(xiàn)大家。筆記難免有表述不準(zhǔn)或錯(cuò)誤，還望指正。
一、量子的起源
量子一詞是由德國(guó)物理學(xué)家普朗克發(fā)現(xiàn)黑體輻射現(xiàn)象用牛頓力學(xué)無(wú)法解釋，于1900年提出解釋黑體輻射現(xiàn)象的假說(shuō)。
黑體是指入射的電磁波全被吸收，即沒(méi)有反射也沒(méi)有透射。假想黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的，只能取能量單位的整數(shù)倍，這一假說(shuō)很好地解釋了黑體輻射現(xiàn)象，物體吸收和發(fā)射電磁輻射，只能以能量量子的方式進(jìn)行。后來(lái)研究證明不但能量表現(xiàn)出這種不連續(xù)的分離化現(xiàn)象，其他諸多物理量也都表現(xiàn)出量子化現(xiàn)象。量子成為現(xiàn)代物理學(xué)的重要概念。量子假說(shuō)，被試驗(yàn)證明成為量子理論，后經(jīng)數(shù)位物理大師的成就，形成量子理論——量子力學(xué)。
二、量子的定義
量子像原子做為一切物質(zhì)的構(gòu)成單位一樣，量子是構(gòu)成能量的最基本單位，也是不可再分的最小能量單位，量子是能表現(xiàn)出某物質(zhì)或物理量特性的最小單元。量子的能量與量子振動(dòng)頻率有關(guān)，而于量子本身無(wú)關(guān)。即E=h·v h是普朗克常數(shù)。
量子一詞源于拉丁語(yǔ)，意為“有多少”代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”。例如光的量子簡(jiǎn)稱光子，是光的不可再分的最小能量單位，不存在半個(gè)光子，所有有形物質(zhì)都可用量子去解讀，即量子化。量子化指其物理量的數(shù)值特定的，而不是任意的，如原子中的電子是可量子化的。它決定原子的穩(wěn)定性和一般問(wèn)題。量子化現(xiàn)象主要表現(xiàn)在微觀世界。打個(gè)比方，電影膠片是由許多時(shí)間幀頻構(gòu)成的，每隔0.0幾秒就換一張圖片，而不是連續(xù)的。每張圖片就相當(dāng)一個(gè)量子，不可再分，這其實(shí)就是量子化。
三、量子力學(xué)
量子力學(xué)是描寫(xiě)微觀物質(zhì)世界的理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。量子力學(xué)主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
物理學(xué)按研究宏觀還是微觀物質(zhì)可分為經(jīng)典物理學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)，經(jīng)典物理學(xué)以牛頓力學(xué)為代表，現(xiàn)代物理學(xué)以量子力學(xué)和相對(duì)論為基礎(chǔ)。
量子力學(xué)很好的解釋了基本相互作用經(jīng)典物理學(xué)不能解釋的難題。量子力學(xué)從根本上改變了人類(lèi)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解。
四、量子特性
1、傳遞的不連續(xù)性，量子的傳遞是不連續(xù)的，是以能量單位逐個(gè)傳遞的。
2、波粒二象性
指的是所有量子即有部分波的屬性，又有部分粒子屬性。如光量子在傳播過(guò)程中顯示光的波動(dòng)性，在與物質(zhì)相互作用時(shí)顯示粒子性。波粒二象性是微觀粒子的基本屬性，是量子力學(xué)中的重要概念。
在經(jīng)典物理學(xué)中講，波動(dòng)是彌漫空間傳播的現(xiàn)象，而粒子運(yùn)動(dòng)是有一定軌道的。這與量子力學(xué)中講，波動(dòng)即電磁輻射有頻率有波長(zhǎng)，粒子做為諧振子有軌域有能量和動(dòng)量是格格不入的。這里講的波、粒、不能按經(jīng)典物理波、粒去理解套用，由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，就不同于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它只能用適合微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)去描述，去理解。
量子物理學(xué)家普朗克，用普朗克常量架起了波動(dòng)性和粒子性的橋梁。
波的頻率V，波長(zhǎng)入，粒子的能量E，動(dòng)量P。普朗克常數(shù)h=6.6206896×10-34
得V = h 、 入 = p
就是說(shuō)波頻率與粒子能量有關(guān)，波長(zhǎng)與粒子動(dòng)量有關(guān)，有多大關(guān)系就象圓周長(zhǎng)和直徑的關(guān)系π一樣存在一個(gè)常數(shù)h關(guān)系。
3、不確定性原理
我們?cè)趯?duì)量子觀測(cè)時(shí)任何一個(gè)微小的測(cè)量都可以使量子的狀態(tài)發(fā)生改變，從而進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。觀測(cè)即是干擾。想知道原始狀態(tài)就得觀測(cè)，而觀測(cè)原始態(tài)就改變即坍塌。原始狀態(tài)是客觀存在的，對(duì)我們來(lái)說(shuō)是模糊的，不確定的。位置和速度結(jié)合物的量子態(tài)，不能同時(shí)被準(zhǔn)確測(cè)量即不確定性。
4、量子糾纏
量子糾纏是量子的神奇特性，相隔兩地的量子當(dāng)一個(gè)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，另一個(gè)幾乎在相同的時(shí)間出現(xiàn)同樣的狀態(tài)變化。
糾纏量子之間的聯(lián)系即量子傳輸。這種傳輸不需要載體，也沒(méi)有時(shí)空制約，瞬間完成速度超光速。
量子糾纏是量子信息學(xué)區(qū)別經(jīng)典信息學(xué)的重要特征，是量子信息過(guò)程中不可或缺的資源。在量子密碼技術(shù)，量子通信，量子計(jì)算機(jī)中起到?jīng)Q定性的作用。
5、量子疊加
量子疊加是微觀粒子波粒二象性的反映，是量子力學(xué)重要原理，量子疊加原理就是量子可以以多種態(tài)同時(shí)存在于幾個(gè)地方。這種疊加直到被觀測(cè)時(shí)止。
態(tài)W1、W2疊加態(tài)W3，寫(xiě)成等式
W3=mW1+nW2
m、n是態(tài)W3時(shí)W1和W2存在的幾率。
量子力學(xué)講，某一時(shí)刻量子只能處于W1或W2狀態(tài)，但量子力學(xué)不知道這一時(shí)刻是W1還是W2狀態(tài)。它所關(guān)注地是長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)量子處于混合后的W3，即處于W1，也處于W2，并有相應(yīng)的幾率。這里必須擺脫釘是釘鉚是鉚的束縛，用開(kāi)放的思維方式進(jìn)入一個(gè)全新的領(lǐng)域。
6、量子態(tài)不可克隆
人們無(wú)法對(duì)一個(gè)不知道其狀態(tài)的量子進(jìn)行復(fù)制。量子不可克隆定理確保了量子態(tài)的安全性，使得竊聽(tīng)者無(wú)法用信息復(fù)制的方法截獲用戶信息。
7、量子的坍塌性
量子受到侵?jǐn)_改變?cè)袪顟B(tài)的現(xiàn)象。
量子的特性，注定了量子的神奇，在學(xué)習(xí)量子時(shí)必須擺脫經(jīng)典物理學(xué)的束縛，用一種開(kāi)放的，全新的思維方式去理解前沿科技，去發(fā)現(xiàn)量子為現(xiàn)代科技注入的活力。