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01瑞典皇家科学院近日宣布 ， 将2022年诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格 ， 以表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式和开创量子信息科学”方面所做出的贡献 。
立于前沿领域 ， 量子科学历来是诺贝尔奖的常客 ， 从20世纪早期普朗克等科学家率先提出 ， 到21世纪登上新的台阶 ， 量子在某种意义上解构了传统物理学 ， 开创了一个全新的境界 ， 改变了人类对世界的认识 。
近年兴起的量子概念 ， 并非是彻头彻尾的新鲜事物 ， 只是量子科技掀起了新一轮变革而已 。 人们所熟知的原子弹、激光等技术 ， 都与量子科技息息相关 。
进入新世纪后 ， 量子科技向着更深层次发展 ， 如今主要聚焦量子计算、量子通信、量子测量 。
▲2022年诺贝尔物理学奖得主
02提到量子计算 ， 就不得不说量子理论中经典的不确定性原理 ， 也叫测不准原理 。 科学家发现 ， 在微观领域 ， 同时测定粒子的位置和速度是不可能的 ， 这令人匪夷所思 。
当你开车的时候 ， 当然是既知道自己在哪 ， 也能从仪表盘上得知车速有多快 。 微观世界却与之不同 ， 观测一个粒子时 ， 作为观测手段本身的光子 ， 其能量将会显著影响到观测对象 ， 比如把观测对象撞飞 ， 肯定就测不准了 。
受传统物理学统治的日常生活 ， 同样存在不确定性原理 ， 只是对粒子而言 ， 物体过于庞大 ， 偏差基本可以忽略不计 ， 不会对生活造成任何影响 。 不确定性带来新的问题 ， 即量子的叠加态 。 薛定谔曾提出一个著名的物理学假设：将一只猫放在一个暗箱中 ， 如果猫触发机关 ， 将被释放出的毒气杀死 ， 反之猫不会死 。
在开箱之前 ， 没人能够断言猫究竟是死是活 ， 因而 ， 猫在开箱前的状态是既死又活的 ， 当人们开箱观测时 ， 波函数瞬间崩塌了 ， 倒向唯一一种结果 。 也就是说 ， 在量子理论视域下 ， 微观世界的运动在某种程度上取决于观测 。
如果波函数始终平稳 ， 又如果可以准确地测定每个粒子的位置和速度 ， 那么 ， 我们将拥有预言未来的能力 ， 显然 ， 目前是无法实现的 。
但量子叠加态却带来无限可能 ， 量子计算便是最好的例证 。 亦如猫可以既死又活 ， 在人们没有观测时的数值 ， 也可以既正又负 。
众所周知 ， 计算机使用二进制 ， 一切数据转化为计算机语言均由0和1组成 ， 引入量子计算后 ， 一个量子比特可以同时是0和1中的任意数值 ， 也可以随时变成两个数中的任意一个 。
这就厉害了 ， 仅是可变的数值便会让计算机的运算能力暴增 。 原本一串0和1的组合 ， 能够被量子放大为无数种组合方式 ， 并在同一时间完成不同运算 。
据研究 ， 由1024个量子组成的量子计算机 ， 其运算能力超过现今世界所有计算机的总和 ， 而且 ， 它没有理论上限 。 强大的运算能力若经合理开发运用 ， 人类科技或许将实现跨越式发展 。
▲量子计算（概念图）?
03量子通信是另一项令人惊叹的科技 ， 如若成真 ， 信息技术将达到前所未有的速度 。
目前认为 ， 光速是宇宙的极限 ， 在理论上是不可超越的 。 真空中每秒能飞越30万公里的光 ， 给了人们的生活以极大便利 ， 实际发生的和肉眼所看到的 ， 几乎别无二致 。
即便远隔重洋召开视频会议 ， 也在光缆或无线电通信的加持下实现即时交流 ， 但若离开地球 ， 置身浩瀚的宇宙 ， 光速就显得不那么快了 。
美国“阿波罗计划”登月过程中 ， 地月间通信延迟1.2秒 ， 因为信号要飞过约38.5万公里方能到达地球 。
1.2秒不会对通信造成过大影响 ， 相比之下 ， 已飞抵太阳系边缘（不严谨的说法）的旅行者1号算是个更好的例子 ， 后者与地球通信一次 ， 需耗时17小时 。
量子通信或将改变这一状况 。 除了叠加态 ， 量子还存在纠缠态 ， 通俗地说 ， 一些量子可以成对出现 ， 并呈现相对应的形态 。 好比一枚硬币 ， 正反两面是叠加的 ， 同时也是纠缠的 ， 正面朝向天空 ， 反面一定被压在地面 。 量子理论中 ， 纠缠的量子可以近在咫尺 ， 亦可以远在天涯 。
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