量子世界,是一個完全違背我們日常認識的世界,那里的一切都是模糊的,只能用概率去描述,微觀粒子表現(xiàn)得像波那樣讓人捉摸不定,我們不能同時獲取粒子的位置和速度信息,只能描述粒子在某個位置出現(xiàn)的概率。
這種不確定性就是量子力學的核心,具體可以表現(xiàn)在很多方面,比如說量子疊加和量子糾纏等。
何為“量子疊加”?
在我們的宏觀世界里,任何事物都是確定的,只能有一種狀態(tài),比如說一只貓,要么是活的,要么是死的,不可能既死又活。還有,在某個時間點,你的位置肯定是固定的,比如說晚上7點鐘,你在家里看電視,你就是在家里,不可能同時出現(xiàn)在其他地方,不然就真的見鬼了。
但在量子世界,一切都不同了。那里真的存在一只“既死又活”的貓,也就是說處于“生和死”疊加態(tài)的貓,這就是“薛定諤的貓”。同時,晚上7點你在家看電視,同時你也有可能出現(xiàn)在月球上,當然也可能在其他任何地方。
看到這里,你是不是瘋掉了?或者認為我瘋了,才會有如此瘋狂的結論。
事實上你和我都沒瘋,是量子世界徹底“瘋”了,那里真的是“疊加態(tài)”的世界,微觀粒子的狀態(tài)都是疊加的,它們可以出現(xiàn)在任何地方,甚至同時出現(xiàn)在不同的地方。
量子世界的詭異性不僅僅體現(xiàn)在疊加態(tài),還有更匪夷所思的存在,那就是量子糾纏。比如說,在量子世界,一旦兩個粒子形成糾纏關系,意味著一旦我們觀測其中任何一個粒子,另外一個粒子的狀態(tài)就會瞬間做出相應改變,不管距離有多遠都會這樣,好像兩個粒子之間有心靈感應一樣,能瞬間感應到彼此。
而且,量子糾纏是瞬間完成的,速度遠超光速,甚至超過光速的一萬倍。
比如說,兩個糾纏中的粒子。如果我們觀測到一個粒子的自旋方向向上,那么另外一個粒子的自旋方向瞬間會坍縮為向下。愛因斯坦始終無法理解微觀粒子的這種行為,把量子糾纏現(xiàn)象稱之為“鬼魅般的超距作用”。
量子世界為什么是這個樣子的?科學家們并不清楚,說白了,至今沒有人真正弄明白量子力學。如果你認為自己了解了量子力學,其實你根本不知道量子力學到底講了什么。
雖然如此,這并不妨礙人類利用量子力學的詭異特性為人類服務,因為人類雖然不知道量子世界的底層邏輯到底是什么,但我們知道那些詭異現(xiàn)象確實存在,是量子世界的固有屬性。
比如說,利用量子糾纏的特性,就可以進行“量子密鑰分發(fā)”為信息進行加密,這樣做就可以保證信息絕對安全,任何人想要竊取信息都會被發(fā)現(xiàn)。具體怎么做到的呢?
因為一旦形成糾纏關系的量子,就會把個體屬性轉換為整體屬性,任何人只要竊取信息,不管竊取信息中的哪一部分,都會因為量子糾纏的存在,讓整個信息的量子狀態(tài)受到擾動,具體表現(xiàn)就是量子的“波函數(shù)”坍縮了,工作人員馬上就能發(fā)現(xiàn)有人試圖竊取信息,然后把原有的信息撤回作廢,然后重新發(fā)一份新的信息,再進行加密。
這種加密的信息可以保證絕對安全,其實這種方式就是量子通信,可以從根本上解決對安全級別要求非常高的領域,比如說金融,國防,商業(yè)機密等。
除了量子通信,還有量子計算機。目前我們使用的都是傳統(tǒng)計算機,雖然傳統(tǒng)計算機的性能更新?lián)Q代也很快,但很難有質的突破。不過一旦量子計算機問世,就會徹底顛覆傳統(tǒng)計算機的性能。
傳統(tǒng)計算機與量子計算機的性能差距到底有多大?這么說吧,一臺傳統(tǒng)計算機來做一道非常復雜的線性方程組,假如需要100年,那么量子計算機只需要0.01秒就能完成!
量子計算機為什么能這么快?
打個比方來說明吧。假如有兩百根電線,其中一百根電線需要與另外一百根電線一一對應連接,匹配連接的方式只有一種,該怎么匹配呢?
我們需要一根一根去試,最好的運氣需要一百次才能完全匹配上。如果運氣不好的話,最多恐怕需要上億次才能匹配上。
但是量子世界里就不一樣了,兩組一百根電線就相當于兩百個微觀粒子,由于彼此之間存在量子糾纏,能瞬間感應到彼此,所以一瞬間就能完全匹配上。這也是量子計算機運算速度為何如此快的原因。
除了量子疊加態(tài)和量子糾纏之外,還有人們更關心的量子隱形態(tài)傳輸,在很多科幻電影里都有出現(xiàn),一個人進行一種神奇的機器里,瞬間消失,然后又瞬間“憑空”出現(xiàn)在遙遠的另一個地方,就像“瞬移”那樣。
理論上講, 這種隱形態(tài)傳輸確實是可能的,大自然并沒有禁止我們這樣做。這樣的傳輸方式也并沒有違反光速限制。
我們需要把一個人的信息復制出來,然后以光速傳輸?shù)搅硪粋€遙遠的地方,這個過程就是經典世界的信息傳播過程。
獲取這個人的信息之后,理論上就可以在量子糾纏的幫助下,把這個人瞬間構造出來,這個過程并沒有涉及信息的傳播,只是利用了量子糾纏原理,因為這個人的信息早就被傳播到遙遠的地方了!
是不是很期待這種“瞬間移動”科技?
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