【物理组】栋察天下201710——揭秘量子通信(1)什么是量子?
发布日期:2017-09-30   来源:   作者:

        中新社北京9月29日电 (记者 张素)全长逾2000千米的中国量子保密通信骨干网络“京沪干线”29日宣告开通。“京沪干线”是世界首条量子保密通信干线,其开通标志着中国构建出天地一体化广域量子通信网络雏形。

 

 

        什么是量子通信技术?什么是量子?它具有那些性质?为了纪念这个伟大的日子,栋老师将用最通俗易懂的方式为你逐步揭开量子世界的奥秘!

    敬请期待……

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(1)什么是量子?

        量子是相对与宏观世界而言的。

        简而言之,量子世界就是微观世界中的粒子(直径的数量级约为10的-9次方及以下的粒子)。例如:形成电流的电子、组成光束的光子等等。而宏观世界中的物体一般就指动物、植物、物品等之类我们生活中能够看得见、摸得着的东西。

 

 

        在宏观世界中,每个物体都遵循经典物理学,即:在某个时刻它只会拥有一个确定的状态。比如:你在一幢5层楼的楼房里,那么你一定处于其中的某一个楼层。

        而在量子力学中,粒子不再遵循经典物理学,而遵循量子力学。即:粒子在某一个时刻的状态是不确定的,可以处于多个可能状态的叠加。假设你是在量子世界中,那么你存在着处于每一个楼层的可能性,因此在量子力学中,就可以说你同时处于五个楼层。

 

 

        听到这里,栋老师想你的内心世界一定已经崩溃了。的确,要去了解量子世界,我们就不能从宏观世界的角度去思考它。按照中国科技大学郭光灿教授的说法,“我们无法知道量子世界中的为什么,但是我们可以看看,量子世界告诉我们能做什么。”

        在量子力学中,最著名的实验就是“薛定谔的猫”。

 

 

        实验是这样的:在一个盒子里有一只猫,以及少量放射性物质。之后,有50%的概率放射性物质将释放出毒气杀死这只猫,同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来。

        根据经典物理学,在盒子里必将发生猫还活着或猫已经死了这两个结果之一,但是要确定这个结果,我们必须先打开盒子才能知道 。而在量子的世界里,当盒子处于关闭状态,我们无法确定猫的生死,也就是说猫同时存在着活着或死了两种可能性,那么我们就可以说猫现在处于“既活着又死了”的状态。


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