浅浅，过来！咱聊一聊看不见摸不着又时刻在身边的量子

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前晚，掀起收视狂潮的开年大剧《三生三世十里桃花》迎来了大结局。白浅上神在伤情三年后，等来了夜华的苏醒。夜华伸手轻声道一句“浅浅，过来。”，不知酥了多少少女心。

若两位大神幸福生活到现代的话，以夜华的好学，以及为天下承担的精神，量子力学估计是振兴天族必学的一门课程了。夜华轻轻一笑，再道一句：“浅浅，过来，我们今天了解下量子。”

“量子”是一个数学概念，意思是“离散变化的最小单元”。比如我们上台阶时，一个台阶就是一个量子。从钢材到塑料，从二极管到太阳能电池，从激光器到发光二极管，从卫星到手机，现代社会的技术成就，全都建基在量子力学之上。大家每时每刻都在应用量子力学。

“量子”这个词在我们的身边越来越热，2016年8月我国发射世界首颗“量子卫星”，更是引爆了舆论。但量子技术究竟是什么呢？它跟我们的生活有什么关联呢？本期的安徽人文讲坛，主讲嘉宾向现场观众进行了深入浅出的讲解。

量子力学应用就在咱身边

“量子”是一个数学概念，意思是“离散变化的最小单元”，“比如我们上台阶时，只能上一个台阶、两个台阶，却不能上半个台阶、1/3个台阶，这就是离散变化，一个台阶就是一个量子。常有人以为量子是某种粒子，跟光子、电子、质子、中子等粒子并列，这是误解。”袁岚峰说。

在微观世界中，许多物理量是离散变化的。例如氢原子中的电子，只能处于某些能量，而不能处于其他能量。又如一束光的能量，是一份一份的，只能是某个值的一倍、两倍、三倍等等。量子力学就是描述微观世界的物理理论。它最初是1900年由德国物理学家普朗克提出的，然后经过多位科学家的发展，在1930年代达到比较完善的程度。之前的牛顿力学，就被称为经典力学。

氢原子能级

“许多非常基本的问题，是量子力学出现后才能解决的。例如，原子中的电子为什么不掉到原子核上？为什么原子会结合成分子？为什么有些物质很稳定，而有些物质容易发生化学反应？为什么有些物质能导电、有些物质不导电、有些物质是半导体、有些物质是超导体？”袁岚峰说，从钢材到塑料，从二极管到太阳能电池，从激光器到发光二极管，从卫星到手机，现代社会的技术成就，全都建基在量子力学之上。大家每时每刻都在应用量子力学。

量子保密通信是最强的盾

“量子力学既然是个这么老的理论，为什么最近变得火热？原因是量子力学和信息科学结合，产生了一门迅猛发展的交叉科学：量子信息。”袁岚峰说，从信息科学的观点来看，量子力学是一种不同于经典力学的数学框架，利用量子框架能够实现经典框架中做不到的事。

量子信息的研究内容，分为量子计算和量子通信两大部分。量子通信当中，又包括量子保密通信和量子隐形传态等等。媒体上讲的“量子通信”，实际上往往特指量子保密通信，这是量子信息的所有应用中唯一接近实用的一个。墨子号量子卫星，首要的目标就是在太空与地面之间建立量子保密通信。

量子信息学科内容

为什么量子保密通信很重要？简短的回答是：在量子计算成熟后，它是唯一可靠的保密方法。如果说量子计算是最强的矛，那么量子保密通信就是最强的盾。以子之矛攻子之盾，孰胜？盾胜！“在量子保密通信领域，中国十多年来处于世界领先地位，引领国际潮流。量子卫星和京沪干线代表两种实现远距离通信的技术路线，即通过大气层通信、把卫星作为中继站和通过光缆通信、在地面建设中继站。”袁岚峰说。

卫星量子通信示意图

量子保密通信已被用于2009年国庆大阅兵等重大活动，也有一些金融机构开始试用。“个人层面的应用，如量子保密手机，目前还没有。但随着技术的不断进步，这是必然的趋势。即使在价格还比较高的时候，也会有人感到自己的信息值得投入这么多去保密，因此这个行业是一定会发展起来的。”袁岚峰说，量子通信已经接近产业化，而且它是近代以来第一个由中国首创的产业，“中国在通信、高铁等许多产业做到了第一，固然很了不起，但这些领域都是早已有的，由其他国家开创。自己开创一个产业，价值更大。从跟随者到领先者，再到开创者，我们终于走到了这一步。”

原文发布时间为：2017-12-11
本文作者：陶卿
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