量子里面还有什么（量子是个什么子）

不久前，爷爷主持了中共中央政治局集体学习，学习的内容是量子科技。量子是什么，它有什么神奇的地方，党和国家领导人工作繁忙，为什么还要专门抽时间来学它呢？于是E探请来了北京交通大学教师、光学博士陈征叔叔，请他为我们讲一讲——

要说量子，得从科学家的工作说起。科学家的工作是探索世界，这个“世界”可以很“大”，从我们的日常生活直到浩瀚宇宙都包括在内，被称作宏观世界；这个“世界”也可以很“小”，例如比1纳米（十亿分之一米）还小的事物和它们的现象，被称作微观世界。

1900年前后，随着科学家对微观世界的探索不断深入，他们发现一些在宏观世界行得通的物理定律，却无法解释微观世界的某些现象。比如在研究电灯发光的问题时，如果按照传统的热学分析，就会得到一个“可怕”的结论——电灯可以发出近乎无限大的能量，这显然是不可能的。这让科学家们意识到，微观世界有着自己独特的规律，不能照搬之前理论。

于是德国一位叫做普朗克的物理学家首次提出了“量子”概念：能量不是像流水那样连续不断的，而是可以分成不连续的小份，最小的一份就是一个量子。量子理论解决了微观世界的很多难题，而普朗克作为量子力学的重要创始人之一，在1918年荣获诺贝尔物理学奖。

总而言之，如果一个东西存在不能再分割的最小单元，那么这个最小的单元就是一个“量子”。比如爱因斯坦提出，光也同样存在“一份一份”的最小单元，后人把这最小的“一份光”叫做一个“光量子”简称“光子”。又比如对人类来说，不能再分割的最小单元就是每一个人，所以正在看报的你，也算是人类社会的一个“量子”哦！

一件事物但凡能在某一方面达到极致，它就一定“身怀绝技”。量子小到了极致，它的“本领”堪称“神奇”，作用更是巨大。

比如让光子一个一个排队通过两条狭窄的缝隙，如果查看光子留下的“足迹”（光子通过会发生干涉现象），你会得出一个匪夷所思的结论——一个光子居然同时通过了两条缝隙！更神奇的是，如果我们盯住一个光子，想要亲眼看它怎样同时通过两条缝隙，光子又会“变老实”，同一时间只会通过一条缝隙。这就是著名的单光子双缝干涉实验，光子可以同时从两条缝通过的特性，被称作量子世界的“叠加态”特性。

这个特性对于量子计算机的研制意义重大。今天的计算机，在一个确定的时间，1位存储位只能存储0或1两种状态中的一种；而对量子计算机来说，1位存储位则可以同时存储0，1两种状态的叠加态，“天生更聪明”。有了这种“先天优势”，未来量子计算机的存储和运算功能将比今天的计算机强大不止千百倍！

量子世界还有一个神奇的特性叫做“纠缠态”。这种特性我们可以用一个粗糙的比喻来简单说明：处于“纠缠态”的一对光子，就像存在着心灵感应的双胞胎，哪怕远隔千山万水，一方如果有事，另一方立刻就能察觉。这个特性可以应用于通信技术，比如使处于“纠缠态”的光子分列通信的两端，一端的光子一旦被窃取，另一端立刻就能发觉……这就从原理上保证了我们国家的通信安全。

编者按：需要说明的是，以上的说法其实不是特别准确，只是帮助大家初识量子时的一个粗糙的描述。量子物理本身有很严谨的数学和物理语言，想要真正理解量子物理，就要从现在开始先学好基础的数学和物理。

2019年，我国科学家制造出了具有20个超导量子比特的量子芯片，不仅刷新了世界纪录，更为新型量子计算机的研制打下了很好的基础。

还有“墨子号”量子通信卫星，它的成功发射和运行，证明了我们已经能把“纠缠态光子”传送到几百公里以外，代表着我国的量子通信技术正在不断地向着成熟和实用前进。

在刚刚发布的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中，量子信息被列为强化国家战略科技力量的前沿科技领域。小伙伴们，2035年到来的时候，我们风华正茂，你想不想成为中国量子技术科学家团队的一员？那就从现在开始努力学习知识，向着2035出发吧！