院士介绍量子：就像孙悟空 会分身也会翻筋斗云

分类 :  科研机构社区- 科研交流 2017-05-25 96 0

5月3日，中科院院士、中科大常务副校长潘建伟再一次站在聚光灯下。那天，他代表团队在上海宣布两件关于量子的喜讯：成功研制世界首台超越早期经典计算机的量子计算机；成功实现目前世界上最大数目（10个）超导量子比特纠缠。

前天，应浙江大学物理学系的邀请，潘建伟在浙大玉泉校区，做了一场“量子飞跃：神话传说到哲学到信息科技”的讲座。该讲座是物理学系在浙大120周年校庆期间的七场学术活动之一。而浙大物理系研究组，跟潘建伟一起合作完成了“10个超导量子比特纠缠”。

　　他个头不高，给人一种亲切、质朴的印象。一讲起量子，他的眼睛里就闪着光，大概这就是对科学的热忱，和对万物最初的好奇。

　　从普通人的视角看，量子科学似乎很遥远，还难懂。潘建伟便从神话传说入手，推开量子科学这扇神秘的大门。

　　在《西游记》中，孙悟空会分身术，筋斗云。毫毛一拔，到处一扔，就变出好多个分身；一个筋斗，翻出十万八千里，便能实现瞬间移动。

　　在量子世界里，量子就和孙悟空一样，会分身术，可以在两个不同的空间内同时存在。它也可以驾筋斗云，把客体信息，用量子隐形传态的方式从一个地方传到另一个遥远的地方。这就是它奇妙的特性——量子叠加与量子纠缠。

　　在量子力学里，量子体系可处于多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会永久地、不可避免地改变被测量子体系的状态。

　　对于量子叠加态，可以用“薛定谔的猫”来比喻：一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。在一小时内，大约有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，剩下50%的概率是放射性物质不会衰变而猫将活下来。

　　如果我们不打开盒子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活，只有这两种可能。但是在量子世界中，猫可以处于一种死与活的叠加态。

　　如果没有打开盒子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于既死又活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。

　　“打开盒子，就是一种‘观测’或‘测量’。”潘建伟说。

　　潘建伟进一步上升到了哲学：量子力学告诉我们，以个人的行为、价值、标准为基础的测量行为，可以影响世界。这要比牛顿力学哲学积极。牛顿力学本质上讲是一种宿命论，“一旦一个粒子和它相互作用的体系的初始状态是决定的话，那么这个粒子和它相互作用的体系的未来运动状态，根据F=ma这个方程就可以预测出来了。那么，我们的命运跟个人的奋斗是没有关系的。”

　　“量子纠缠，通俗讲有点像心电感应，比如说我俩现在见过面，已经达成一些默契，然后我回合肥，你在杭州，你特别高兴的时候我也会特别高兴，你特别痛苦的时候，我也会特别痛苦。”潘建伟说。

　　潘建伟拿骰子来类比，如果两个骰子处于纠缠之中，只要在杭州的朋友掷一下骰子，在合肥的他只要看看手中的骰子就知道对方手中的数字，因为纠缠使得这两个骰子是互动的。

　　“这是粒子间的神秘联系，奇妙在于，其中的一个粒子经过测量就可以了解另外一个粒子的状态；量子纠缠是一个整体，两个粒子作为一个整体来看时，如果试图窃听或偷走其中一个粒子的信息，你将任何信息都得不到。这就是它保密安全性所在。”他解释道。

　　看似神秘的量子科学，带来了科技的变革，催生了半导体、原子能、核磁共振、激光、超导、巨磁阻、全球卫星定位系统等重大技术的发明。

　　目前的量子通信就是利用了单光子不可以再分割，也不能再进行测量的特性。

　　量子科学还可以来做一些非常有趣的事情，比如超强能力的量子计算，比如GPS导航、全球定位等很多技术中的精密测量。并且，它衍生的量子信息技术，已然成为国际研究热点，并逐渐开启应用之门——量子信息有望以其超强的安全性和运算能力，带来信息技术的变革。

　　潘建伟和他的团队对量子科学的研究，逐渐把量子科学送进我们的生活，改变着我们的生活。

　　目前，已经建成连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络——“京沪干线”。