“量子”到底是什么？它顛覆了我們太多的傳統(tǒng)認(rèn)知！

如果你是科學(xué)愛(ài)好者，一定會(huì)非常熟悉“量子”的概念！甚至可以這樣說(shuō)，即使你對(duì)科學(xué)毫無(wú)興趣，生活中也會(huì)聽(tīng)說(shuō)過(guò)“量子”這個(gè)詞語(yǔ)。“量子”已經(jīng)與我們的生活息息相關(guān)，也成為高科技的代表，成為很多人茶余飯后的談資。

但究竟什么是“量子”？它是一種基本粒子嗎？這樣的問(wèn)題恐怕需要一定的物理學(xué)知識(shí)才能解答，否則很容易望文生義，誤解了“量子”的本意。

單從字面上來(lái)看，量子似乎與分子，原子，質(zhì)子，中子，電子等一樣都是微觀粒子，事實(shí)上并不是這樣的，量子并不是一種微觀粒子！

那么量子到底是什么呢？簡(jiǎn)單說(shuō)，量子是一種物理概念，并不是具體的物體。物理學(xué)是這樣定義的，量子似乎一個(gè)物理量上存在最小的不可分割的基本單位，如果一個(gè)物理量存在這樣的單位，我們就稱這個(gè)物理量是可以量子化的，這個(gè)不可分割的最小的單位就被稱為“量子”。

用一個(gè)宏觀例子能更通俗地理解量子的概念。假如全體人類就是一個(gè)物理量，那么我們每個(gè)人就是不可分割的最小單位，你我都是量子，因?yàn)橐粋€(gè)人不可能再進(jìn)行分割，強(qiáng)行分割也就不是人了！

還有我們平時(shí)使用最多的現(xiàn)金，如果現(xiàn)金是一個(gè)物理量，那么一分錢就是不可分割的單位，也就是量子，因?yàn)橐环皱X不可分割，半分錢是沒(méi)有意義的！

如此通俗地解釋過(guò)后，相信很多人對(duì)量子的概念都有了更深的認(rèn)知。但事實(shí)上遠(yuǎn)非如此，量子的定義很好理解，但與量子有關(guān)的概念很難讓人理解，因?yàn)榱孔拥南嚓P(guān)概念完全顛覆了我們?cè)诤暧^世界的認(rèn)知。

在我們生活的宏觀世界，我們觀察到的任何變化都是連續(xù)的，比如一輛汽車從你身邊呼嘯而過(guò)，汽車與你的距離是連續(xù)變化的，同時(shí)汽車的速度也是連續(xù)變化的。還有一顆小樹(shù)苗長(zhǎng)成參天大樹(shù)也是連續(xù)變化的，不可能跳躍式生長(zhǎng)。

但在微觀世界（量子世界），一切變得如此詭異，因?yàn)榱孔痈拍畹拇嬖?，量子世界是不連續(xù)的，物理量的變化是離散的，跳躍式的。最常見(jiàn)的例子就是電子躍遷。電子在原子核外層規(guī)范隨機(jī)出現(xiàn)，但這種隨機(jī)也是受約束的，并不是隨意出現(xiàn)在任何地方，而是按特定的軌道出現(xiàn)的，只能從一個(gè)軌道直接躍遷到另一個(gè)軌道，而不能出現(xiàn)在兩個(gè)軌道之間。也就是說(shuō)，電子是從一個(gè)軌道直接“瞬移”到另一個(gè)軌道的，中間沒(méi)有過(guò)程速度之說(shuō)。

如果電子的這種行為出現(xiàn)在宏觀世界，你就知道有多詭異了。就好比你在客廳看電視，你媽媽在廚房做飯，突然你媽媽出現(xiàn)在你面前，沒(méi)有任何走動(dòng)的過(guò)程，你是不是會(huì)被嚇破膽？

我們經(jīng)常所說(shuō)的光子其實(shí)是“光量子”的簡(jiǎn)稱，因?yàn)楣庖彩强梢粤孔踊奈锢砹?，光子就是光的最小單位，光在傳遞的過(guò)程中也不是連續(xù)的，而是一份一份的。而光其實(shí)就是能量，這意味著能量也是離散的，并不是連續(xù)的。

量子有以下重要基本特征。

第一，量子疊加。在我們生活的宏觀世界，任何物體都只可能有一種狀態(tài)，比如說(shuō)你在玩電腦，你只可能在電腦前，不可能再出現(xiàn)在其他地方，這是一個(gè)基本生活常識(shí)。

但在量子世界，一切都完全不同，一個(gè)量子可以同時(shí)擁有多種狀態(tài)，同時(shí)出現(xiàn)在不同的地方。而一旦我們想要觀察看看量子究竟處于什么狀態(tài)，量子馬上就坍縮為其中一種狀態(tài)，從不確定性坍縮為確定性。

這就好比在宏觀世界，你既可以在家里看電視，同時(shí)也可以在學(xué)校上課，還可以在網(wǎng)吧玩游戲。如何確定你的狀態(tài)呢？只有去觀測(cè)，一旦實(shí)施觀測(cè)，你的狀態(tài)就確定了！

量子的這種特性如此詭異，難怪愛(ài)因斯坦會(huì)如此反駁波爾：不看月亮是它就不在那里嗎？

在宏觀世界當(dāng)然不可能（其實(shí)也是有可能的，但可能性太小太小了，完全可以忽略不計(jì)），但在微觀世界這種現(xiàn)象到處可見(jiàn)。

在微觀世界，正是因?yàn)榱孔盈B加的存在，量子可以同時(shí)處理多個(gè)事件，而利用量子的這種特性可以大大提升計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度，這也是量子計(jì)算機(jī)的顛覆性所在。

量子計(jì)算機(jī)的速度遠(yuǎn)超如今我們使用的普通計(jì)算機(jī)，到底有多快？舉個(gè)例子就知道了。比如說(shuō)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)分解一個(gè)300位的數(shù)，需要十幾萬(wàn)年的時(shí)間才可以完成，而用量子計(jì)算機(jī)只需要幾秒鐘就能完成！

量子糾纏。何為“量子糾纏”？當(dāng)幾個(gè)量子發(fā)生相互作用后，就會(huì)成為一個(gè)不可分割的整體，處于糾纏態(tài)，不能單獨(dú)描述其中一個(gè)量子的特性。無(wú)論量子之間相距多遠(yuǎn)，整體狀態(tài)不會(huì)發(fā)生改變。其中一個(gè)量子的狀態(tài)發(fā)生改變，其他量子的狀態(tài)立刻也會(huì)跟著發(fā)生相應(yīng)改變，以保證量子的整體性不會(huì)改變！量子之間就好像有“心靈感應(yīng)”一樣，能瞬間感應(yīng)到彼此！

比如說(shuō)，即便兩個(gè)糾纏的量子分別被放在宇宙的兩端，只要其中一個(gè)量子的自旋方向發(fā)生改變，另一個(gè)量子的自旋方向也會(huì)跟著馬上發(fā)生變化。

而一旦我們對(duì)其中一個(gè)量子進(jìn)行觀測(cè)，量子的狀態(tài)馬上確定下來(lái)，同時(shí)量子之間的糾纏關(guān)系立刻消失，整體性也不復(fù)存在，兩個(gè)量子不再有任何關(guān)系！

量子的這種糾纏態(tài)通常會(huì)被應(yīng)用在量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域，極大地提升保證信息的安全系數(shù)。一旦信息被竊聽(tīng)（也就是觀測(cè)），量子糾纏作用馬上就會(huì)消失，這樣信息的分發(fā)者立刻就能知道有人在竊聽(tīng)盜取信息了！理論上這種信息分發(fā)的安全系數(shù)可以是百分之百的。

量子隧穿。何為“量子隧穿”？用宏觀世界的例子更好理解。比如說(shuō)在我們的宏觀世界，赤手空拳的你在面對(duì)一堵10米高的墻時(shí)，無(wú)論如何是不可能翻越過(guò)去的，用微觀世界的術(shù)語(yǔ)就是：10米遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了你的“能量勢(shì)壘”！

但在微觀世界一切大不一樣。量子（還有各種微觀粒子）有一定幾率突破自己的“能量勢(shì)壘”，直接“翻越過(guò)去”。這種幾率雖然并不大，但由于微觀粒子數(shù)量太龐大了，能突破能量勢(shì)壘的微觀粒子絕對(duì)數(shù)量也會(huì)很多的。

在我們的太陽(yáng)內(nèi)部，1500萬(wàn)度的高溫本來(lái)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到核聚變條件的，但正是因?yàn)榱孔铀泶┬?yīng)，總有一些微觀粒子突破“1500萬(wàn)度”的低溫約束發(fā)生核聚變。

量子隧穿效應(yīng)早已經(jīng)應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｊ褂玫漠a(chǎn)品當(dāng)中，比如最常見(jiàn)的半導(dǎo)體，掃描隧道顯微鏡等產(chǎn)品。

隨著科學(xué)家對(duì)量子力學(xué)的深入研究，將會(huì)有越來(lái)越多的量子產(chǎn)品出現(xiàn)在我們身邊，在不遠(yuǎn)的未來(lái)很可能引發(fā)新一輪技術(shù)革命！