工商分會
一、量子的起源
        二、量子的概念
        三、量子力學
        四、量子的特性
            1、傳遞的不連續性;
2、波粒二象性;
3、測不準和坍塌性;
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的形成盡管已有百年,但問津的只有少數學者。量子所表現出的神奇特性,包括愛因斯坦都表示懷疑,直到21世紀初夜被實驗所證實,并對其奇特性質顯現出來的應用前景所吸引,才真正引起政界、軍界、商界的重視。量子這個具有劃時代意義的科學,正引領前沿科技潮流,滾滾向前,在國際上你追我趕,競爭十分激烈。美、歐、日等發達國家紛紛投資立項,搶占科技前沿,中國實現關鍵技術突破,后來居上躋身國際先進行列。對于老科技工作者,對量子方面的知識,知之甚少,出于對新知識的渴望,活到老學到老,不求弄通,只求聽懂,跟上時代,愿意把讀書筆記奉獻大家。筆記難免有表述不準或錯誤,還望指正。
一、量子的起源
量子一詞是由德國物理學家普朗克發現黑體輻射現象用牛頓力學無法解釋,于1900年提出解釋黑體輻射現象的假說。
黑體是指入射的電磁波全被吸收,即沒有反射也沒有透射。假想黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量單位的整數倍,這一假說很好地解釋了黑體輻射現象,物體吸收和發射電磁輻射,只能以能量量子的方式進行。后來研究證明不但能量表現出這種不連續的分離化現象,其他諸多物理量也都表現出量子化現象。量子成為現代物理學的重要概念。量子假說,被試驗證明成為量子理論,后經數位物理大師的成就,形成量子理論——量子力學。
二、量子的定義
量子像原子做為一切物質的構成單位一樣,量子是構成能量的最基本單位,也是不可再分的最小能量單位,量子是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。量子的能量與量子振動頻率有關,而于量子本身無關。即E=h·v   h是普朗克常數。
量子一詞源于拉丁語,意為“有多少”代表“相當數量的某物質”。例如光的量子簡稱光子,是光的不可再分的最小能量單位,不存在半個光子,所有有形物質都可用量子去解讀,即量子化。量子化指其物理量的數值特定的,而不是任意的,如原子中的電子是可量子化的。它決定原子的穩定性和一般問題。量子化現象主要表現在微觀世界。打個比方,電影膠片是由許多時間幀頻構成的,每隔0.0幾秒就換一張圖片,而不是連續的。每張圖片就相當一個量子,不可再分,這其實就是量子化。
三、量子力學
量子力學是描寫微觀物質世界的理論,是研究物質世界微觀粒子運動規律的科學。量子力學主要研究原子、分子、凝聚態物質以及原子核和基本粒子的結構和性質。
物理學按研究宏觀還是微觀物質可分為經典物理學和現代物理學,經典物理學以牛頓力學為代表,現代物理學以量子力學和相對論為基礎。
量子力學很好的解釋了基本相互作用經典物理學不能解釋的難題。量子力學從根本上改變了人類對物質結構及其相互作用的理解。
四、量子特性
1、傳遞的不連續性,量子的傳遞是不連續的,是以能量單位逐個傳遞的。
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。如光量子在傳播過程中顯示光的波動性,在與物質相互作用時顯示粒子性。波粒二象性是微觀粒子的基本屬性,是量子力學中的重要概念。
在經典物理學中講,波動是彌漫空間傳播的現象,而粒子運動是有一定軌道的。這與量子力學中講,波動即電磁輻射有頻率有波長,粒子做為諧振子有軌域有能量和動量是格格不入的。這里講的波、粒、不能按經典物理波、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動規律,就不同于宏觀物體的運動規律。它只能用適合微觀粒子運動規律的量子力學去描述,去理解。
量子物理學家普朗克,用普朗克常量架起了波動性和粒子性的橋梁。
波的頻率V,波長入,粒子的能量E,動量P。普朗克常數h=6.6206896×10-34
得V = h 、       入 =  p
  就是說波頻率與粒子能量有關,波長與粒子動量有關,有多大關系就象圓周長和直徑的關系π一樣存在一個常數h關系。
3、不確定性原理
我們在對量子觀測時任何一個微小的測量都可以使量子的狀態發生改變,從而進入一個新的狀態。觀測即是干擾。想知道原始狀態就得觀測,而觀測原始態就改變即坍塌。原始狀態是客觀存在的,對我們來說是模糊的,不確定的。位置和速度結合物的量子態,不能同時被準確測量即不確定性。
4、量子糾纏
量子糾纏是量子的神奇特性,相隔兩地的量子當一個狀態發生改變時,另一個幾乎在相同的時間出現同樣的狀態變化。
糾纏量子之間的聯系即量子傳輸。這種傳輸不需要載體,也沒有時空制約,瞬間完成速度超光速。
量子糾纏是量子信息學區別經典信息學的重要特征,是量子信息過程中不可或缺的資源。在量子密碼技術,量子通信,量子計算機中起到決定性的作用。
5、量子疊加
量子疊加是微觀粒子波粒二象性的反映,是量子力學重要原理,量子疊加原理就是量子可以以多種態同時存在于幾個地方。這種疊加直到被觀測時止。
態W1、W2疊加態W3,寫成等式
W3=mW1+nW2
m、n是態W3時W1和W2存在的幾率。
量子力學講,某一時刻量子只能處于W1或W2狀態,但量子力學不知道這一時刻是W1還是W2狀態。它所關注地是長時間內量子處于混合后的W3,即處于W1,也處于W2,并有相應的幾率。這里必須擺脫釘是釘鉚是鉚的束縛,用開放的思維方式進入一個全新的領域。
6、量子態不可克隆
人們無法對一個不知道其狀態的量子進行復制。量子不可克隆定理確保了量子態的安全性,使得竊聽者無法用信息復制的方法截獲用戶信息。
7、量子的坍塌性
量子受到侵擾改變原有狀態的現象。
量子的特性,注定了量子的神奇,在學習量子時必須擺脫經典物理學的束縛,用一種開放的,全新的思維方式去理解前沿科技,去發現量子為現代科技注入的活力。