□松鼠老孫

量子的“超能力”

□松鼠老孫

最酷的科幻作品，一定是既討論宇宙時(shí)空，又試圖探索生命的秘密，因?yàn)檫@是目前科學(xué)領(lǐng)域面臨的兩個(gè)最大的未解之謎。比如科幻劇《星際迷航》里，柯克船長(zhǎng)和斯波克進(jìn)入“超距傳輸室”，就能從企業(yè)號(hào)飛船里消失，瞬間出現(xiàn)在星球另一端。你可不要以為這種科幻情節(jié)“純屬虛構(gòu)”，其實(shí)，這種情節(jié)的設(shè)想來(lái)自量子奇異的性質(zhì)。

沒(méi)有半份兒的量子

量子，量子，我們已經(jīng)聽(tīng)人們說(shuō)了太多次這個(gè)詞了，那么量子究竟是什么呢？簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是這個(gè)世界上小到不能再小的單元。在量子物理學(xué)研究中，東西從來(lái)都不是按一件一件來(lái)分的，它們?nèi)拷y(tǒng)一被切分為小得不能再小的一份一份，這個(gè)最小單位就是量子。我們所知道的原子、分子、質(zhì)子、電子等等，它們都是以量子為最小單位的。

那我們常碰到的“量子化”又是什么意思呢？我們?cè)谕鏄?lè)高積木的時(shí)候，不管你要搭建一座城堡，還是搭建一架挖掘機(jī)，都要用到許多塊樂(lè)高積木。但無(wú)論你搭的是什么，你用的都是一整塊的樂(lè)高積木，沒(méi)有半塊，也沒(méi)有小半塊之說(shuō)。在樂(lè)高的世界里，一塊樂(lè)高積木就是一粒量子；當(dāng)你辛辛苦苦爬樓梯的時(shí)候，你可以注意數(shù)一數(shù)，不管多高的樓，樓梯都是一級(jí)又一級(jí)的臺(tái)階，不存在“半級(jí)”臺(tái)階這回事兒；學(xué)校里的等級(jí)也一樣，二年級(jí)、三年級(jí)、四年級(jí)，不可能有2.5年級(jí)、3.5年級(jí)這一說(shuō)。這些“整數(shù)”化，沒(méi)有更小的份數(shù)的事兒，我們?cè)谖锢韺W(xué)上稱之為“量子化”。

量子是德國(guó)物理學(xué)家普朗克教授在1900年提出來(lái)的。是的，在人類漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程中來(lái)說(shuō)，量子的發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)直可以稱作是“剛剛發(fā)生”。為什么到100年前才發(fā)現(xiàn)量子呢？因?yàn)榱孔訉?shí)在太小太小了。所以我們不了解不太懂，也是情有可原啦，畢竟連最聰明的科學(xué)家們也沒(méi)有完全弄清楚量子是怎么回事呢。

織一張保密網(wǎng)

在第二次世界大戰(zhàn)中，密碼學(xué)家圖靈和許多破譯人員一起，幫助英國(guó)政府，破譯了德國(guó)希特勒戰(zhàn)隊(duì)的密碼機(jī)。悲催的希特勒根本不知道，其實(shí)他所發(fā)布的所有命令完全暴露在盟軍的眼皮子底下。在多次預(yù)先伏擊戰(zhàn)役失敗后，希特勒開(kāi)始懷疑自己的情報(bào)被盜取了，所以他下令對(duì)考文垂這樣在戰(zhàn)略上不重要的城市進(jìn)行轟炸，以測(cè)驗(yàn)是不是真的被竊密了。丘吉爾為了戰(zhàn)爭(zhēng)的整體勝利，犧牲了考文垂，從而騙過(guò)了希特勒。

IBM公司研發(fā)出全新量子計(jì)算機(jī)，并免費(fèi)向公眾開(kāi)放。

我們?cè)O(shè)想，如果當(dāng)時(shí)的希特勒擁有了量子通信技術(shù)，那么，他的命運(yùn)也許就不是這樣的了。在量子通信技術(shù)里面，完全不存在信息被截獲的可能性。當(dāng)信息通過(guò)量子態(tài)傳送到接收方的時(shí)候，接收方必須對(duì)量子進(jìn)行測(cè)量才能看到傳遞的信息。如果中間，有第三者想要竊取信息，對(duì)不起，量子態(tài)馬上就會(huì)發(fā)生改變，傳送到接收方，接收方會(huì)立即發(fā)現(xiàn)被別人竊聽(tīng)了。

有些同學(xué)一聽(tīng)立即就激動(dòng)了，那有了量子通信技術(shù)，是不是再也不用擔(dān)心媽媽偷聽(tīng)我的電話了。恭喜你，你答對(duì)了！當(dāng)你在跟同學(xué)講電話的時(shí)候，家里任何一人只要拿起另一個(gè)電話機(jī)想進(jìn)行竊聽(tīng)，你第一時(shí)間就會(huì)知道有人“侵入”了你們的談話。

這個(gè)通信技術(shù)離我們還很遠(yuǎn)嗎？我國(guó)杰出的量子物理學(xué)家潘建偉院士已經(jīng)完成了距離超過(guò)200千米的光量子通信實(shí)驗(yàn)，在世界上保持領(lǐng)先水平。今年，我國(guó)還計(jì)劃發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，與正在建設(shè)的京滬通信干線一起，最終打造一張?zhí)斓匾惑w化的量子保密通信網(wǎng)。

一株株薰衣草在燈光的映襯下，隨著微風(fēng)左右搖擺，像是在鎂光燈聚焦下翩翩起舞的舞者。

浙江義烏市繡湖小學(xué)教育集團(tuán)繡川校區(qū)吳俐瑩

計(jì)算機(jī)里的“老大”

想象一下，你被要求在5分鐘內(nèi)在偌大的圖書(shū)館里，找到某一本書(shū)的某頁(yè)上的一個(gè)大寫(xiě)字母“X”。這幾乎是不可能的，因?yàn)槟抢镉心銛?shù)都數(shù)不過(guò)來(lái)的書(shū)。但是如果你有一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，那么，所有的不可能就變成了可能。

和普通計(jì)算機(jī)只能按照時(shí)間順序一個(gè)個(gè)地解決問(wèn)題相比，量子計(jì)算機(jī)卻可以在同一時(shí)間內(nèi)解決多個(gè)問(wèn)題。這種超快速度可能徹底改變所有行業(yè)，還能解決復(fù)雜的問(wèn)題:

1.提供更為精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)

量子計(jì)算機(jī)初創(chuàng)企業(yè)QxBranch的董事會(huì)成員雷伊·約翰遜表示，現(xiàn)代技術(shù)預(yù)測(cè)天氣情況的時(shí)候，即使用最尖端的儀器分析溫度和壓力，也會(huì)出現(xiàn)太多可能性，氣象模擬變化多端，而當(dāng)前的天氣預(yù)報(bào)多數(shù)也都屬于經(jīng)過(guò)分析的大致猜測(cè)，所以，天氣預(yù)報(bào)還會(huì)出現(xiàn)漏報(bào)或錯(cuò)報(bào)的現(xiàn)象。但一旦有了量子計(jì)算機(jī)，它可以一次分析所有數(shù)據(jù)，向我們提供更好的模型，精準(zhǔn)地顯示惡劣天氣會(huì)在何時(shí)何地出現(xiàn)。這樣，我們可以提前得知颶風(fēng)等災(zāi)難來(lái)襲的具體信息，并贏得時(shí)間去拯救更多生命。

2.再也不會(huì)堵車

量子計(jì)算機(jī)可以簡(jiǎn)化空中和地面交通控制的工作量，因?yàn)樗鼈兩朴谘杆儆?jì)算出最佳路線。如果你計(jì)劃公路旅行，期間要在10個(gè)不同的地方停留，普通計(jì)算機(jī)可能需要單獨(dú)計(jì)算所有可能路線的長(zhǎng)度，然后篩選出最佳路線。而量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)計(jì)算所有路線的長(zhǎng)度，并以更快的速度篩選出最佳路線。

3.加速太空探索

利用開(kāi)普勒太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家已經(jīng)在太陽(yáng)系外發(fā)現(xiàn)近2000顆系外行星。開(kāi)普勒的任務(wù)還包括盯緊這些行星，等待它們從宿主恒星前面通過(guò)。屆時(shí)，這些系外行星會(huì)投下陰影，天文學(xué)家可分析和預(yù)測(cè)這些行星上的大氣狀況，以及它們是否適合生命生存。

量子計(jì)算機(jī)可幫助太空望遠(yuǎn)鏡獲得更多數(shù)據(jù)，并發(fā)現(xiàn)更多系外行星，幫助迅速確認(rèn)哪些行星最有可能適合生命生存。量子計(jì)算機(jī)甚至能夠發(fā)現(xiàn)開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡錯(cuò)過(guò)的系外行星。

未來(lái)的科學(xué)家們，請(qǐng)你來(lái)思考

現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)證實(shí)“量子傳態(tài)”是可以實(shí)現(xiàn)的，那么人類是不是就可以實(shí)現(xiàn)把人和物體像《星際迷航》里面那樣，傳到其他的地方去？

目前來(lái)說(shuō)，這個(gè)過(guò)程要實(shí)現(xiàn)還是不太現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)椤傲孔与[形傳態(tài)”要求接收方和發(fā)送方先擁有一對(duì)“關(guān)聯(lián)量子”，才能實(shí)現(xiàn)傳遞信息這個(gè)步驟。在這個(gè)過(guò)程中，僅僅是把量子態(tài)，也就是一個(gè)物體的各種屬性傳遞過(guò)去，而不是物體本身。

那么問(wèn)題就來(lái)了，即使我們可以把代表我們的所有屬性都傳送到另一個(gè)星球上再創(chuàng)造一個(gè)“我”，那么留在地球上的“我”又是什么呢？生命難道真的可以這么輕松地復(fù)制嗎？大腦如此精密的器官是否真的可以把它量子化？

這些問(wèn)題都是未解之謎，等著你們?nèi)ソ忾_(kāi)，少年們，努力吧！

臨街的幾家茶館早已坐滿了人。他們邊悠閑地品著早茶，邊和路過(guò)的熟人打招呼，時(shí)而和臨桌的人聊幾句時(shí)政、嘮幾句家常。

浙江桐鄉(xiāng)市濮院小學(xué)翔云校區(qū)張青竹