量子

在物理学中，想必大家都会常常用到量子的概念，它是指一个不可分割的基本个体。最近小编有一些朋友想来学习一下，量子到底能做什么？量子究竟可以用来做什么？今日小编给大家分享一些比较实用的内容，希望能给大家带来一些帮助。

量子到底能做什么

量子能做计算，也能通信。通俗地说，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”，它最早是由德国物理学家M普朗克在1900年提出的。他假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象。

量子计算简介

量子计算机中的每个数据由不同粒子的量子状态决定，所以计算时采用的量子数据位在同一时间内能够呈现出多种状态——既可以是1也可以是0，传统计算机在运算中采用的传统数据位在特定时间内只能代表一个状态——1或者0。这使得，传统计算机操作一个n位数据的同时，量子计算机可以操作2的n次方量级的数据。这有点像那个知名的故事：一个国王要赏赐国际象棋的发明者，发明者提出，要在棋盘第一格放置1粒小麦，第二格放置2粒，依此类推，放满64格棋盘。结果计算出的麦粒总数需要全世界生产两千年才能完成。一个64位量子计算机与传统计算机的计算能力，理论极限正如棋盘与麦粒总数的比较。

量子计算机的惊人潜力也吸引了众多参与者。谷歌和NASA（美国国家航空航天局）一起，对由D-Wave制造的量子计算机进行了联合投资。在可商用的量子计算机前进路径上，总部位于加拿大的D-Wave公司虽然饱受质疑，却是走的最快的一个。其采用的量子芯片使用了特殊的铌金属（元素符号Nb，一种类似于银，柔软的、可延展的金属）材料，在低温下呈超导态，其中的电流有顺时针、逆时针以及顺逆同时存在的混合状态，而这正可以用来实现量子计算。但这种手段也被学术界认为并非是真正的量子计算机。不过，D-Wave确实销售出了若干台该设备，据报道，其成功销出2台D-Wave2计算机，单台价值超过1000万美元。

量子通信简介

量子通信，是将处于量子纠缠状态的一对量子置于两地，在一地通过观测等手段确定量子状态之后，另一地会同时发现量子状态的变化。即使两个量子远隔几光年，这种“心灵感应”无需时间。那么，量子通信是否能突破延迟的限制呢？

这一目标目前还不能实现。单是量子状态的改变，并不能确定信息的内容，还需要知道另一端的观测手段，才能反推出信息的内容。因而，必须用常规通信方式将“观测手段”发送给收信方。

打个比方，量子就像一个带有自毁装置的密码箱，密码箱用飞机送到你手里，你收到了箱子却看不到箱子里的内容，必须要等待只能用火车送过来的密码。那么，你看到信息的速度依然受限于火车而不是飞机。这就限制了“超光速”传递信息的可能性。

量子理论的建立

量子物理学是研究微观粒子运动规律的学科，是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论。

量子理论的突破首先出现在黑体辐射能量密度随频率的分布规律上。1900年10月，由于普朗克解释黑体辐射现象，将维恩定律加以改良，又将玻尔兹曼熵公式重新诠释，得出了一个与实验数据完全吻合普朗克公式来描述黑体辐射。

普朗克提出能与观测结果很好地符合的简单公式，实验物理学家相信其中必定蕴藏着一个尚未被揭示出来的科学原理。

普朗克发现，如作如下假定则可从理论上导出其黑体辐射公式：对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h称之为普朗克常数。换言之，物体吸收或发射电磁辐射，只能以量子的方式进行，每个量子的能量为E=hν，称为作用量子。

从经典力学来看，能量不连续的概念是绝对不允许的。但是在诠释这个公式时，通过将物体中的原子看作微小的量子谐振子，不得不假设这些量子谐振子的总能量不是连续的，即总能量只能是离散的数值（经典物理学的观点恰好相反）。普朗克进一步假设单独量子谐振子吸收和放射的辐射能是量子化的，这一观点严重地冲击了经典物理学。量子论涉及物质运动形式和运动规律的根本变革。

首先注意到量子假设有可能解决经典物理学所碰到的其他疑难的是爱因斯坦。他试图用量子假设去说明光电效应中碰到的疑难，提出了光量子概念，认为辐射场就是由光量子组成。每一个光量子的能量E与辐射的频率ν的关系是E=hν。采用光量子概念之后，光电效应中出现的疑难随即迎刃而解。

至此普朗克提出的能量不连续的概念，才逐渐引起物理学家的注意。就这样，一位谨慎的物理学家普朗克掀起了20世纪初量子物理学革命的帷幕。

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中国将于本月发射世界首颗量子卫星

“这是首颗有量子能力的卫星，是朝向未来量子互联网发展的重要一步。”量子通信学权威，维也纳大学教授蔡林格(Anton Zeilinger)告诉科技日报记者，在量子卫星的太空竞赛中，“中国肯定是唱主角。”

此次蔡林格教授也来到了酒泉卫星发射中心观看发射。他认为：“在太空的挑战，是设备必须足够可靠。”蔡林格也证实了下一步北京将和维也纳建立量子通信：“那将是第一次全球规模的量子通信。”

尽管世界各国媒体和国内产业界均高度关注量子卫星，但研制方中科院和潘建伟教授十分低调，不愿透露更多进展。中科院提供的信息显示，量子卫星在两年的设计寿命中，将完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验，广域量子通信网络实验，星地量子纠缠分发实验和地星量子隐形传态实验。

今年8月，我国将发射世界首颗量子科学实验卫星，并在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

通过中国研发的星地量子通信设备，经过编码的光子将被发射到地面，由地面系统负责接收。量子卫星的两个激光器必须分别瞄准两个地面站，精度极高，被称为“针尖对麦芒”。“一颗卫星对准两个地面站的实验从来没有过，国际上也是第一次做这么高精度的跟踪和地面站配合。”中科院国家空间科学中心主任吴季说。

实验涉及合肥中心和乌鲁木齐南山、河北兴隆、青海德令哈和云南丽江四个台站。南山和德令哈的1.2米口径望远镜和改造后的兴隆、丽江米级望远镜是核心部分。中国在国际上第一次研制了高跟踪精度、指向精度和信号光高保偏(保证光子携带的信息被原样识别)的望远镜。

中科院表示：此次发射也标志着潘建伟与蔡林格的友谊达到高峰，尽管存在激烈的竞争;蔡林格是潘建伟的博士生导师，他们目前又建立了合作关系。预计在2020年，中欧之间将通过量子通信卫星连接。

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