量子世界,你正置身其中

类别:公司新闻    发布时间:2020-07-09 12:51

70后是见证人类社会翻天覆地变化的一代人,没错,说的就是老郭这一代。从唯一的电器是手电筒,到如今的即时无线通讯时代,仅仅用了40年。如今,家用电脑,智能屏幕,智能摄像头在我们的生活中随处可见。带来这些变化的基础就是量子力学,那么量子力学是如何做到的呢?

我们能找到的文明最早的信息是那些刻画在崖壁上的绘画,再晚些的是那些甲骨文字,后来有了木简、竹简、纸张,今天使用的是电子比特。我们不用再跑去看石刻,或者把木简竹简搬出来看,只需要登录互联网,一切就可以显示在我们指定的屏幕上。

这些内容在存储与传输方面的进步,得益于半导体的发展。在人类上世纪30~40年代,,这些数据还需要被存储在笨重的电子管中,机电式计算机就采用了数千只电子管,还需要大量的浸泡在水银中的继电器。世界上第一台全电子计算机ENIAC则采用了17468个这样的电子管,70000只电阻,10000只电容,占地167平方米,重30吨,耗电160千瓦。

当这些设备被半导体取代后,电脑的计算能力呈指数增长,相对应的,其体积却也呈指数缩小。1965年,摩尔注意到,大约每隔一年,集成电路上的晶体管数目就会加倍。这个趋势已经持续了55年。这既是著名的摩尔定律。

从改革开放初期砖头那么大的收音机,到90年代巴掌大小的磁带随身听,再到2005年只有一个钥匙扣大小的MP3;从90年代的大哥大,到今天几乎人手一部的智能手机。这一切的技术进步都依赖于信息存储和处理技术方面的持续发展,而这背后的科学动力就是量子力学。

如果没有晶体管,即使是一栋楼房那样大的电子管计算机,其处理能力,还不及我们今天的掌上计算器。这么庞大的设备,不可能为私人拥有,我们自然也不可能进入到互联网和智能时代。没有计算机和互联网,我们的生活品质恐怕仍旧如100年前,不会有太大的变化。

如今,我们中国人,正在引领世界进入到智能时代。人工智能已经渗透到我们的生产、生活、商业、新闻、娱乐和政治的所有细节中。这一切的来源,正是由于把量子力学用于固体物理学领域的应用(如今已经叫做凝聚态物理),使得电子设备的发展充满了无限的可能。

当上世纪的小说家们还在构建未来世界的幻想时,那些实验室中的物理学家们则在利用他们对量子力学的理解去发明晶体管和激光。这些最基本的设备构成了我们今天生活模式的基础。对电子消费品、化学、生物学和现代医疗等领域都产生了深远的影响。

如果没有普朗克、爱因斯坦、德布罗意、波尔、海森堡、狄拉克、费曼……等少数杰出物理学家对原子核、光之间相互作用的不断探索,我们今天的生活将迥然不同。这些量子力学的先驱者们意识到他们将改变物理学的面貌,却没有预见到他们的工作也将改变未来。

正是由于他们构建的量子力学关键概念和方法,应用于金属、绝缘体和半导体上,这些构成了如今的凝聚态物理学。在医学领域,科学家们利用原子核及原子的磁学性质,通过核磁共振成像技术来窥探人体的内部结构,并实现了计算机硬盘上海量信息的存储。

如果把前面这些都称为第一代量子力学的应用成果,那么在2010年到2020年这10年间,我们正站在第二代量子力学应用的开端,正如狄拉克曾经说过的那句话,量子力学的关键是相位。而量子纠缠现象就是基于量子相位的一种神奇现象,随着研究的深入,量子纠缠的应用范围也越来越广,如今,这项技术的应用已经深入到,量子通信、量子计算、量子浓缩编码、量子纠错码、量子隐形传态。

可以预见的是,量子力学的第一个100年,已经将人类从工业文明送入了信息文明;而量子力学的第二个100年,必将会将人类从信息文明送入文明的更高等级。让我们一起满怀着期待等待这一天的到来。