導(dǎo)語：如何才能寫好一篇量子計(jì)算概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

量子力學(xué)是一門高深莫測的學(xué)科，離普通人很遠(yuǎn)，但正因?yàn)橛辛怂?，催生了現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)，從而有了大家都不離不開的電腦?，F(xiàn)在，這門神奇的學(xué)科將再次登場，用最新的量子計(jì)算機(jī)來改變世界。

量子計(jì)算機(jī)是什么，這是個(gè)要首先說明的概念。這項(xiàng)概念，最早由大物理學(xué)家費(fèi)曼提出。他在計(jì)算量子模型時(shí)，發(fā)現(xiàn)所面對的數(shù)據(jù)是天文級的，如果由普通的計(jì)算機(jī)來進(jìn)行模擬，時(shí)間所耗甚巨。在一籌莫展的時(shí)候，他突然想到，如果計(jì)算機(jī)的架構(gòu)也跟量子系統(tǒng)一樣，是不是就能解決這一問題呢。為此，他提出了量子計(jì)算機(jī)的概念。不過，量子計(jì)算機(jī)在很長的時(shí)間內(nèi)只停留在理論的層面。到了1994年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家證實(shí)了量子計(jì)算機(jī)在計(jì)算對數(shù)方面優(yōu)于普通計(jì)算機(jī)，于是引發(fā)了研發(fā)的熱潮。那什么是量子計(jì)算機(jī)呢。以我們平常已經(jīng)熟悉不過的計(jì)算機(jī)為例，它的基礎(chǔ)是二進(jìn)制，而二進(jìn)制建立在半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和截至兩種狀態(tài)上。而量子計(jì)算的基礎(chǔ)是每個(gè)原子的不同狀態(tài)，比如一個(gè)原子順時(shí)針轉(zhuǎn)和逆時(shí)針轉(zhuǎn)，這就是兩種不同的狀態(tài)；還有兩個(gè)原子糾結(jié)在一起，術(shù)語叫量子纏繞，這又是不同的狀態(tài)。根據(jù)這些不同的狀態(tài)，我們就可以賦予其不同的數(shù)值，這樣一來，通過改變原子的狀態(tài)，就能進(jìn)行計(jì)算了。這種改變使得計(jì)算的效率大為提高，1個(gè)40位元的量子計(jì)算機(jī)，就能解開1024位元的電子計(jì)算機(jī)花上數(shù)十年解決的問題。

量子計(jì)算機(jī)這么好，為什么難于實(shí)現(xiàn)呢。因?yàn)樵拥臓顟B(tài)很不穩(wěn)定，不容易控制。但是，最近的一則消息讓人眼前一亮。IBM的科學(xué)家近日宣布，距離掌握量子計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)又邁進(jìn)了一步。這些科學(xué)家已找到了維持量子完整性和減少量子計(jì)算錯(cuò)誤的方法，通過把傳統(tǒng)硅制作工藝下生產(chǎn)的量子進(jìn)行超導(dǎo)處理，從而就有可能實(shí)現(xiàn)維持?jǐn)?shù)千甚至數(shù)百萬的量子位保持一天的穩(wěn)定狀態(tài)。該項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人稱，“我們做的量子計(jì)算研究表明，它不再僅僅是個(gè)暴力計(jì)算的物理實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在就可以根據(jù)該成果去制作新的計(jì)算系統(tǒng)，由此將把高性能計(jì)算推向一個(gè)全新高度”。量子計(jì)算的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)只用一個(gè)量子就可以“瞬間完成幾百萬次計(jì)算。這些科學(xué)家們，在升級到一種“三維”超導(dǎo)量子(3D量子)后，就能將量子位的穩(wěn)定狀態(tài)延長到100微秒，而這已經(jīng)是先前的2到4倍。盡管不是永恒穩(wěn)定，但他們認(rèn)為這樣的狀態(tài)“已經(jīng)剛好達(dá)到容錯(cuò)計(jì)算的最低界限，也就意味著科學(xué)家可以開始重點(diǎn)研究進(jìn)一步延長穩(wěn)定狀態(tài)方面的工作了”?，F(xiàn)在，利用藍(lán)寶石芯片，IBM已制造了一臺3D量子設(shè)備來展示其研究成果。

在研制量子計(jì)算機(jī)的過程中，科學(xué)家們已經(jīng)突破了很多障礙，現(xiàn)在的計(jì)算性能比2009年中期以來以提升了10倍，距離科學(xué)界確定的全尺寸量子計(jì)算機(jī)所需滿足的最低要求已經(jīng)非常接近了。但是如果要讓量子計(jì)算機(jī)走進(jìn)我們的生活，那還有很長的道路要走。同時(shí)，現(xiàn)代集成電路封裝和通信技術(shù)也必須要有極大的進(jìn)步，這樣才能實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)的對接。

篇2

[關(guān)鍵詞]量子；特性；意識；應(yīng)用

中圖分類號：O413.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學(xué)中提到“量子”時(shí)，實(shí)際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續(xù)地變化。？比如，我們說一個(gè)“光量子”，是因?yàn)閱蝹€(gè)光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個(gè)光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學(xué)家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發(fā)現(xiàn)她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測或測量時(shí)，才會隨機(jī)地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，因此，對物質(zhì)的測量意味著擾動(dòng)，會改變被測量物質(zhì)的狀態(tài)。好比孫悟空的分身術(shù)， 孫悟空可能同時(shí)出現(xiàn)在幾個(gè)地方，他的各個(gè)分身就像是他的疊加態(tài)。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時(shí)出現(xiàn)，但在量子世界里它卻可以同時(shí)出現(xiàn)在多個(gè)不同的地方?！?/p>

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個(gè)糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個(gè)人的距離有多遠(yuǎn)，當(dāng)哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化?！叭绻@兩個(gè)光量子呈糾纏態(tài)的話，哪怕是千公里量級或者更遠(yuǎn)的距離，還是會出現(xiàn)遙遠(yuǎn)的點(diǎn)之間的詭異互動(dòng)，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W(xué)家就可以利用這種效應(yīng)將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應(yīng)用將會改變我們的生活，真正地突破時(shí)空的局限，交通、物流也就不再會有時(shí)間與空間的阻礙了。我國發(fā)射的“墨子號”量子衛(wèi)星昭示著我國在量子通信領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先的地位。

二、意識是量子力學(xué)現(xiàn)象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經(jīng)典物理學(xué)的電學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)方法去測量意識是測量不出來的，科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)開始認(rèn)識到了意識是種量子力學(xué)的現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現(xiàn)了一座房子，這時(shí)有兩種可能的狀態(tài)：一個(gè)沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態(tài)，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動(dòng)念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動(dòng)念頭了，動(dòng)念頭實(shí)質(zhì)上就是作了測量。

客觀世界是一系列復(fù)雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認(rèn)為計(jì)算機(jī)僅僅是邏輯運(yùn)算，不會產(chǎn)生直覺，直覺只能是量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生，意識是種量子力學(xué)現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學(xué)的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個(gè)地方存在著人的意識。

三、量子技術(shù)的應(yīng)用

科學(xué)家認(rèn)為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。實(shí)際上，量子糾纏還有很多奇妙的應(yīng)用，可以在許多領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)技術(shù)的極限。量子技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)新興的、快速發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。這其中，量子通信、量子計(jì)算、量子成像、量子生物學(xué)是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)，確保信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態(tài)從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方，它的內(nèi)容包含量子隱形傳態(tài)，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實(shí)際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)極易遭遇泄密的問題。

2、量子計(jì)算

量子計(jì)算是量子物理學(xué)向我們展示的又一種強(qiáng)大的能力，源自于對真實(shí)物理系統(tǒng)的模擬。模擬多粒子系統(tǒng)的行為時(shí)，當(dāng)需要模擬的粒子數(shù)目很多時(shí)，一個(gè)足夠精確的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間則變得相當(dāng)漫長。而如果用量子系統(tǒng)所構(gòu)成的量子計(jì)算機(jī)來模擬量子現(xiàn)象則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少，從此量子計(jì)算機(jī)的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)，有一種比較奇妙的現(xiàn)象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個(gè)不同的光學(xué)系統(tǒng)中，在其中一個(gè)系統(tǒng)里放入待成像的物體，通過雙光子關(guān)聯(lián)測量，在另一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)中能再現(xiàn)物體的空間分布信息。即與經(jīng)典光學(xué)成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現(xiàn)該物體的成像。

4、量子生物學(xué)

量子生物學(xué)是利用量子力學(xué)的概念、原理及方法來研究生命物質(zhì)和生命過程的學(xué)科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的闡述，提出遺傳物質(zhì)是一種有機(jī)分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設(shè)想。這些設(shè)想由脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而得到極大的發(fā)展，從而奠定了分子生物學(xué)的基礎(chǔ)。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學(xué)。因此量子生物學(xué)是分子生物學(xué)深入發(fā)展的必然趨勢，是量子力學(xué)與分子生物學(xué)發(fā)展到一定階段之后相互結(jié)合的產(chǎn)物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠(yuǎn)距離的兩個(gè)處于糾纏態(tài)中的粒子，當(dāng)對一個(gè)粒子進(jìn)行測量時(shí)，另一個(gè)粒子的狀態(tài)受到關(guān)聯(lián)關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了變化，這種傳輸?shù)睦碚撍俣瓤梢赃h(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動(dòng)性”。量子糾纏是量子物理學(xué)里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領(lǐng)會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學(xué)問題。但另一方面，量子物理學(xué)有很廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展可能帶來行業(yè)面貌的改變，所涉及的范圍從量子計(jì)算機(jī)到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學(xué)習(xí)、研究量子物理的動(dòng)力所在??！

參考文獻(xiàn)

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術(shù)與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時(shí)空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

篇3

關(guān)鍵詞：計(jì)算工具；圖靈模型；量子計(jì)算；哥德爾不完備定理；神諭

一、引言與計(jì)算的產(chǎn)生

在人類社會的早期時(shí)代，加減乘除的概念就被人們所認(rèn)識到。隨著人類文明的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，對求方程的解，求函數(shù)的微分和積分等概念也納入了計(jì)算的范疇。伴隨人類生產(chǎn)活動(dòng)的不斷增加，人們對計(jì)算的要求也越來越大，計(jì)算工具也再不斷的改進(jìn)。

二、遠(yuǎn)古的計(jì)算工具

人們開始產(chǎn)生計(jì)算之日，便不斷尋求能方便進(jìn)行和加速計(jì)算的工具。因此，計(jì)算和計(jì)算工具是息息相關(guān)的。

早在公元前5世紀(jì)，中國人已開始用算籌作為計(jì)算工具，并在公元前3世紀(jì)得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后來，人們發(fā)明了算盤，并在15世紀(jì)得到普遍采用，取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的，比算籌更加方便實(shí)用，同時(shí)還把算法口訣化，從而加快了計(jì)算速度。因此源用至今，并流傳到海外，成為一種國際性的計(jì)算工具。

三、近代計(jì)算系統(tǒng)

近代的科學(xué)發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算工具的發(fā)展：在1614年，對數(shù)被發(fā)明以后，乘除運(yùn)算可以化為加減運(yùn)算，對數(shù)計(jì)算尺便是依據(jù)這一特點(diǎn)來設(shè)計(jì)。1620年，岡特最先利用對數(shù)計(jì)算尺來計(jì)算乘除。1850年，曼南在計(jì)算尺上裝上光標(biāo)，因此而受到當(dāng)時(shí)科學(xué)工作者，特別是工程技術(shù)人員所廣泛采用。

機(jī)械式計(jì)算器是與計(jì)算尺同時(shí)出現(xiàn)的，是計(jì)算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年，萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運(yùn)算的手搖計(jì)算器，是長1米的大盒子。自此以后，經(jīng)過人們在這方面多年的研究，特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計(jì)算器，并風(fēng)行全世界。

四、電動(dòng)計(jì)算機(jī)

英國的巴貝奇于1834年，設(shè)計(jì)了一部完全程序控制的分析機(jī)，可惜礙于當(dāng)時(shí)的機(jī)械技術(shù)所限制而沒有制成，但已包含了現(xiàn)代計(jì)算的基本思想和主要的組成部分了。

此后，由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展，電動(dòng)式計(jì)算器便慢慢取代以人工為動(dòng)力的計(jì)算器。1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部通用過程控制計(jì)算器，實(shí)現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。

五、電子計(jì)算機(jī)

20世紀(jì)初，電子管的出現(xiàn)，使計(jì)算器的改革有了新的發(fā)展，并由于二次大戰(zhàn)的迫切的軍事需要，美國賓夕法尼亞大學(xué)和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺電子計(jì)算器。

電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，讓人類進(jìn)入了一個(gè)全新的時(shí)代。它極大影響了經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，并徹底改變了人們的生活。電子計(jì)算機(jī)是二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，也當(dāng)之無愧地被認(rèn)為是迄今為止由科學(xué)和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。

在電子計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中，因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(Godon Moore) 對電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)所依賴的半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言：半導(dǎo)體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實(shí)證明，自二十世紀(jì)60 年代以后的數(shù)十年內(nèi)，芯片的集成度和電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度實(shí)際是每十八個(gè)月就翻一番，而價(jià)格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速率被公認(rèn)為“摩爾定律”。

六、 “摩爾定律”與“計(jì)算的極限”

人類是否可以將電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度永無止境地提升? 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高有沒有極限? 對此問題，學(xué)者們在進(jìn)行嚴(yán)密論證后給出了否定的答案。

如果電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計(jì)算的結(jié)果——造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運(yùn)動(dòng)被哲學(xué)界認(rèn)為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R. Landauer) 為代表的理論科學(xué)家認(rèn)為到二十一世紀(jì)三十年代，芯片內(nèi)導(dǎo)線的寬度將窄到納米尺度(1 納米= 10-9 米) ，此時(shí)，導(dǎo)線內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學(xué)沿導(dǎo)線運(yùn)行，而是按照量子力學(xué)的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致芯片無法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米) 后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

哲學(xué)家和科學(xué)家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計(jì)算機(jī)計(jì)算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在二十一世紀(jì)前三十年內(nèi)終止。

著名科學(xué)家，哈佛大學(xué)終身教授威爾遜(Edward O. Wilson) 指出：“科學(xué)代表著一個(gè)時(shí)代最為大膽的猜想(形而上學(xué)) 。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋“夢想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢想”的不斷循環(huán)，我們可以開拓一個(gè)個(gè)新領(lǐng)域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的。”

這段話成為許多科學(xué)家的座右銘，給人以啟示。科學(xué)需要夢想，甚至需要形而上的猜想?？茖W(xué)的預(yù)言有時(shí)在哲學(xué)看來有著形而上學(xué)的味道。而在人類面臨著計(jì)算科學(xué)的最大難題——計(jì)算的極限到來之時(shí)，DNA計(jì)算和量子計(jì)算為實(shí)現(xiàn)人類的這個(gè)夢想鋪開了宏偉藍(lán)圖。

七、DNA計(jì)算系統(tǒng)

1994年11月，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)家阿德勒曼(L.Adleman)在美國《科學(xué)》上公布DNA計(jì)算機(jī)的理論，并成功運(yùn)用DNA計(jì)算機(jī)解決了一個(gè)有向哈密頓路徑問題[7]。 DNA計(jì)算機(jī)的提出，產(chǎn)生于這樣一個(gè)發(fā)現(xiàn)，即生物與數(shù)學(xué)的相似性：(1)生物體異常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是對由DNA序列表示的初始信息執(zhí)行簡單操作(復(fù)制、剪接)的結(jié)果；(2)可計(jì)算函數(shù)f(ω)的結(jié)果可以通過在ω上執(zhí)行一系列基本的簡單函數(shù)而獲得。

阿德勒曼不僅意識到這兩個(gè)過程的相似性，而且意識到可以利用生物過程來模擬數(shù)學(xué)過程。更確切地說是，DNA串可用于表示信息，酶可用于模擬簡單的計(jì)算。這是因?yàn)椋菏紫龋珼NA是由稱作核昔酸的一些單元組成，這些核昔酸隨著附在其上的化學(xué)組或基的不同而不同。共有四種基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分別用A、G、C、T表示。單鏈DNA可以看作是由符號A、G、C、T組成的字符串。從數(shù)學(xué)上講，這意味著可以用一個(gè)含有四個(gè)字符的字符集∑ =A、G、C、T來為信息編碼(電子計(jì)算機(jī)僅使用0和1這兩個(gè)數(shù)字)。其次，DNA序列上的一些簡單操作需要酶的協(xié)助，不同的酶發(fā)揮不同的作用。起作用的有四種酶：限制性內(nèi)切酶，主要功能是切開包含限制性位點(diǎn)的雙鏈DNA；DNA連接酶，它主要是把一個(gè)DNA鏈的端點(diǎn)同另一個(gè)鏈連接在一起；DNA聚合酶，它的功能包括DNA的復(fù)制與促進(jìn)DNA的合成；外切酶，它可以有選擇地破壞雙鏈或單鏈DNA分子。正是基于這四種酶的協(xié)作實(shí)現(xiàn)了DNA計(jì)算。

DNA計(jì)算與電子計(jì)算機(jī)完全不同，它的計(jì)算單元是裝在試管培養(yǎng)液中的DNA長鏈。通過控制試管的溫度和向試管中投放反應(yīng)物，來進(jìn)行計(jì)算。

八、量子計(jì)算系統(tǒng)

量子計(jì)算最初思想的提出可以追溯到20世紀(jì)80年代。物理學(xué)家費(fèi)曼RichardP.Feynman 曾試圖用傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)模擬量子力學(xué)對象的行為。他遇到一個(gè)問題[11]：量子力學(xué)系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時(shí)也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例，在干涉過程中，相互作用的光子每增加一個(gè) ，有可能發(fā)生的情況就會多出一倍 ，也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實(shí)驗(yàn)所需的計(jì)算量實(shí)在太大了，不過，在費(fèi)曼眼里 ，這卻恰恰提供一個(gè)契機(jī)。轉(zhuǎn)貼于 　因?yàn)榱硪环矫?，量子力學(xué)系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測性：在干涉實(shí)驗(yàn)中，只要給定初始條件，就可以推測出屏幕上影子的形狀。費(fèi)曼推斷認(rèn)為如果算出干涉實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計(jì)算，那么搭建這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，測量其結(jié)果，就恰好相當(dāng)于完成了一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算。因此，只要在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過程中，允許它在真實(shí)的量子力學(xué)對象上完成實(shí)驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整合到計(jì)算中去，就可以獲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。

在費(fèi)曼設(shè)想的啟發(fā)下，1985年英國牛津大學(xué)教授多伊奇David Deutsch 提出是否可以用物理學(xué)定律推導(dǎo)出一種超越傳統(tǒng)的計(jì)算概念的方法即推導(dǎo)出更強(qiáng)的丘奇——圖靈論題[15]。費(fèi)曼指出使用量子計(jì)算機(jī)時(shí)，不需要考慮計(jì)算是如何實(shí)現(xiàn)的，即把計(jì)算看作由“神諭”來實(shí)現(xiàn)的：這類計(jì)算在量子計(jì)算中被稱為“神諭”（Oracle）。

有種種跡象表明：量子計(jì)算至少在一些特定的計(jì)算領(lǐng)域內(nèi)確實(shí)比傳統(tǒng)計(jì)算更強(qiáng)，例如，現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個(gè)大整數(shù)（如1024 位的十進(jìn)制數(shù)) 分解為兩個(gè)質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個(gè)問題是一個(gè)典型的“困難問題”，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)上還沒有找到一種有效的辦法將這種計(jì)算快速地進(jìn)行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計(jì)算機(jī)全部利用起來來計(jì)算上面的這個(gè)1024 位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題，大約需要28 萬年，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人類所能夠等待的時(shí)間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大，也就是說如果要分解2046 位的整數(shù)，所需要的時(shí)間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計(jì)算機(jī)，我們只需要大約40 分鐘的時(shí)間就可以分解1024 位的整數(shù)了。

更重要的是，量子計(jì)算從本質(zhì)上說是可逆的，朗道證明了可逆計(jì)算可以不消耗資源———也就是說，量子計(jì)算的運(yùn)算速度可以不違背熵持續(xù)增加原理而無限增加。從這個(gè)例子我們可以直覺地認(rèn)為量子計(jì)算在處理大規(guī)模計(jì)算問題時(shí)優(yōu)越性是十分明顯的，但目前還沒法用數(shù)學(xué)證明這一點(diǎn)。

九、計(jì)算的本質(zhì)

在人類文明的早期，人們就認(rèn)識到“加減”這些計(jì)算活動(dòng)，以及它們的重要性。隨著，計(jì)算工具的不斷改進(jìn)，人們的“計(jì)算”本身的也不斷的加深了解。到后來開方、求方程的解、求微分求積分也被納入進(jìn)計(jì)算的范疇。

“什么是計(jì)算？”問題一直到20世紀(jì)30年，才由哥德爾（K.Godel，1906-1978），丘奇(A.Church，1903-1995)，圖靈(A.M.TUI-ing，1912-1954)等數(shù)學(xué)家 的工作，人們才弄清楚什么是計(jì)算的本質(zhì)，以及什么是可計(jì)算的，什么是不可計(jì)算的等根本性問題。

抽象地說，所謂計(jì)算，就是從一個(gè)符號串f變換成另一個(gè)符號串g。比如說，從符號串12+3變換成15就是一個(gè)加法計(jì)算。如果符號串f是x2，而符號串g是2x，從f到g的計(jì)算就是微分。定理證明也是如此，令f表示一組公理和推導(dǎo)規(guī)則，令g是一個(gè)定理，那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個(gè)角度看，文字翻譯也是計(jì)算，如f代表一個(gè)英文句子，而g為含意相同的中文句子，那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點(diǎn)？為 什么把它們都叫做計(jì)算？因?yàn)樗鼈兌际菑募褐?串)開始，一步一步地改變符號(串)，經(jīng)過有限步驟，最后得到一個(gè)滿足預(yù)先規(guī)定的符號(串)的變換過程。

從類型上講，計(jì)算主要有兩大類：數(shù)值計(jì)算和符號推導(dǎo)。數(shù)值計(jì)算包括實(shí)數(shù)和函數(shù)的加減乘除、幕運(yùn)算、開方運(yùn)算、方程的求解等。符號推導(dǎo)包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明，幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計(jì)算還是符號推導(dǎo)，它們在本質(zhì)上是等價(jià)的、一致的，即二者是密切關(guān)聯(lián)的，可以相互轉(zhuǎn)化，具有共同的計(jì)算本質(zhì)。隨著數(shù)學(xué)的不斷發(fā)展，還可能出現(xiàn)新的計(jì)算類型。

隨著計(jì)算機(jī)日益廣泛而深刻的運(yùn)用，計(jì)算這個(gè)原本專門的數(shù)學(xué)概念已經(jīng)泛化到了人類的整個(gè)知識領(lǐng)域，并上升為一種極為普適的科學(xué)概念和哲學(xué)概念，成為人們認(rèn)識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法。

十、“計(jì)算主義”的興起

隨著計(jì)算工具的發(fā)展，一些哲學(xué)家和科學(xué)家開始從計(jì)算的視角審視世界，科學(xué)家們不僅發(fā)現(xiàn)大腦和生命系統(tǒng)可被視作計(jì)算系統(tǒng) ，而且發(fā)現(xiàn)整個(gè)世界事實(shí)上就是一個(gè)計(jì)算系統(tǒng)。當(dāng)康韋證明細(xì)胞自動(dòng)機(jī)與圖靈機(jī)等價(jià)時(shí) ，就有人開始把整個(gè)宇宙看作是計(jì)算機(jī)。因?yàn)樘囟ㄅ渲玫募?xì)胞自動(dòng)機(jī)原則上能模擬任何真實(shí)的過程。如果真是這樣，那么 ，我們便可以設(shè)想一種細(xì)胞自動(dòng)機(jī)，它能模擬整個(gè)宇宙。實(shí)際上，我們完全可以把宇宙看作是一個(gè)三維的細(xì)胞自動(dòng)機(jī)?；玖Ｗ踊蚱渌裁磳哟蔚奈镔|(zhì)實(shí)體可以看作是這個(gè)細(xì)胞自動(dòng)機(jī)格點(diǎn)上的物質(zhì)狀態(tài) ，支配它們運(yùn)動(dòng)變化的規(guī)律可以看作是它們的行為規(guī)則。在這些規(guī)則的作用下基本粒子發(fā)生各種變化，從而導(dǎo)致宇宙的演化。

總之，計(jì)算或算法的觀念在當(dāng)今已經(jīng)滲透到宇宙學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)乃至經(jīng)濟(jì)學(xué)和社會科學(xué)等諸多領(lǐng)域。計(jì)算已不僅成為人們認(rèn)識自然、生命、思維和社會的一種普適的觀念和方法 ，而且成為一種新的世界觀。一些學(xué)者認(rèn)為：不僅生命和思維的本質(zhì)是計(jì)算，自然事件的本質(zhì)也是計(jì)算。

十一、量子計(jì)算中的神諭

人類的計(jì)算工具，從木棍、石頭到算盤，經(jīng)過機(jī)械計(jì)算器，電器計(jì)算機(jī)，到現(xiàn)代的電子計(jì)算機(jī)，再到DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考：首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進(jìn)行計(jì)算，隨后，人們發(fā)明了算盤，來幫助人們進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動(dòng)“算珠”，機(jī)器可以用來搬動(dòng)“算珠”，而且效率更高，速度更快的時(shí)候，人們自然想到利用機(jī)器來搬動(dòng)算珠，誕生了機(jī)械計(jì)算設(shè)備。

隨后，人們用繼電器替代了純機(jī)械。最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進(jìn)計(jì)算工具的同時(shí)，數(shù)學(xué)家們開始對計(jì)算的本質(zhì)展開了研究，圖靈機(jī)模型告訴了人們答案。

電子計(jì)算機(jī)后，人們改變了思路，即：到自然界中去發(fā)現(xiàn)那些符合圖靈模型的現(xiàn)象，例如DNA分子鏈的自我復(fù)制現(xiàn)象。DNA分子提供了AGCT四種堿基，相當(dāng)于電子計(jì)算機(jī)中的2進(jìn)制的0和1。DNA自我復(fù)制的機(jī)制，非常接近電子計(jì)算機(jī)的的模型——圖靈機(jī)模型。

可以說，DNA計(jì)算機(jī)是基于圖靈機(jī)的先進(jìn)計(jì)算方式。但是它始終不能突破圖靈機(jī)的極限。即：在牛頓經(jīng)典物理學(xué)下“確定世界”的計(jì)算模型。

量子計(jì)算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認(rèn)識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)的在現(xiàn)實(shí)世界的不可計(jì)算性。試圖利用一個(gè)實(shí)驗(yàn)來代替一系列復(fù)雜的大量運(yùn)算?？梢哉f。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

應(yīng)為在此之前，所有計(jì)算均是模擬一個(gè)快速的“算盤”，即使是最先進(jìn)電子計(jì)算機(jī)CPU內(nèi)部，64位的寄存器(register)，也是等價(jià)于一個(gè)有著64根軸的二進(jìn)制算盤。在DNA計(jì)算中，這種情況稍微復(fù)雜一點(diǎn)，可視為ATCG四種堿基所構(gòu)成的擁有上百萬根軸，每根軸上有四個(gè)珠的“超級算盤”，盡管它的體積小到可以放在一根試管中。

量子計(jì)算則完全不同，對于量子計(jì)算的核心部件，類似與古代希臘世界中的“神諭”，沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機(jī)理，卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當(dāng)作一個(gè)黑盒子，人們通過輸入，可以得到輸出，但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。

十二、“神諭”的本質(zhì)與哥德爾不完備性

量子計(jì)算在信息的承載體上與經(jīng)典計(jì)算毫無區(qū)別:它同樣利用二進(jìn)制比特——稱為量子比特——來進(jìn)行運(yùn)算。但是，量子力學(xué)的一個(gè)十分“反直覺”的奇特現(xiàn)象鑄就了量子比特與傳統(tǒng)比特的天壤之別。一個(gè)量子比特不僅僅可以表示信息“0”和“1”，還出人意料地可以表示一種“0”和“1”的疊加狀態(tài)。

我們可以清晰地看到量子計(jì)算的神奇以及它不同于經(jīng)典計(jì)算之處。那么，為什么量子計(jì)算會顯示出如此奇怪的性質(zhì)呢? 這些性質(zhì)又有什么本質(zhì)的物理原因呢[12]? 遺憾的是，迄今為止，科學(xué)家們還在為這些神奇的量子現(xiàn)象的本質(zhì)而進(jìn)行探索，答案不得而知。

人們對量子計(jì)算本質(zhì)的無知來自于人們對量子世界內(nèi)部的本質(zhì)的認(rèn)識還不統(tǒng)一。但這并不妨礙人們把量子計(jì)算最為超級計(jì)算機(jī)的想法。雖然它帶有強(qiáng)烈的工具主義傾向。

量子計(jì)算的科學(xué)研究依然在繼續(xù)，然而，對量子計(jì)算和量子力學(xué)本身的哲學(xué)研究卻已經(jīng)顯示出人類的無奈和無助。也許，世界本身就是一個(gè)整體，我們僅僅從細(xì)處著眼永遠(yuǎn)無法看到導(dǎo)致整體變化的內(nèi)因。

哥德爾不完備性定理告訴我們，任何一個(gè)足夠強(qiáng)的一致的公理系統(tǒng)的完備性是不可證明的，而它的完備性的不可證明是可以證明的。

一些悲觀的科學(xué)家和哲學(xué)家認(rèn)為：我們科學(xué)研究所依賴的各種公理系統(tǒng)是無法證明完備的，即現(xiàn)實(shí)世界的有些現(xiàn)象是無法被已有定律和規(guī)律來揭示，人們努力地試圖用這些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的公理和規(guī)律去解釋量子計(jì)算、量子力學(xué)，去解釋自然和宇宙是不可行的?？茖W(xué)家們一直在努力解釋量子世界的本質(zhì)，但也應(yīng)該清醒，這些努力有可能最終是失敗的。而這些失敗恰恰證明了哥德爾不完備性定理的正確性。所以他們認(rèn)為人類是無法認(rèn)識某些規(guī)律的，一些迷題永遠(yuǎn)是個(gè)迷。

十三、“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)

筆者的觀點(diǎn)與上述不同，人類的思考能力，隨著工具的不斷進(jìn)化而不斷加強(qiáng)，盡管在遠(yuǎn)古時(shí)期，有些智者的思考能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了他們的時(shí)代，但是，在整體上，人類的思維能力和解決問題的能力是隨著經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步而不斷加強(qiáng)。電子計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強(qiáng)了人類整體的科研能力，那么，量子計(jì)算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會給人類整體帶來更加強(qiáng)大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當(dāng)今時(shí)代的量子“神諭”。不僅如此，量子計(jì)算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計(jì)算的本質(zhì)，把人類對計(jì)算本質(zhì)的認(rèn)識從牛頓世界中擴(kuò)充到量子世界中。

哥德爾的不完備性并不能組織人類對未知事物的新發(fā)現(xiàn)，如果觀察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認(rèn)清并解決了許多問題。人類的認(rèn)識模式似乎符合下面的規(guī)律：

“計(jì)算工具不斷發(fā)展——整體思維能力的不斷增強(qiáng)——公理系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大——舊的神諭被解決——新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。

也許那時(shí)會出現(xiàn)新的“神諭”，而“神諭”的出現(xiàn)對人類來說并不是負(fù)面的，而是對人類整體思維能力和認(rèn)識能力的一次挑戰(zhàn)。并將刺激著人類對宇宙和自身的更深刻認(rèn)識。

無論量子計(jì)算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn)，也不會妨礙量子計(jì)算時(shí)代的到來。量子計(jì)算是計(jì)算科學(xué)本身的一次新的革命，也許許多困擾人類的問題，將會隨著量子計(jì)算機(jī)工具的發(fā)展而得到解決，它將“計(jì)算科學(xué)”從牛頓時(shí)代引向量子時(shí)代，并會給人類文明帶來更加深刻的影響。

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篇4

早在90年代，美國信息科學(xué)家洛夫·格羅弗和彼得·肖爾就已經(jīng)從理論上證明，量子計(jì)算機(jī)可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更有效地搜索大型數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行長數(shù)字的質(zhì)因數(shù)分解。這也意味著量子計(jì)算機(jī)可以更迅速地破解AES和RSA加密算法，這是一件非?？植赖氖虑椋?yàn)槟壳皵?shù)據(jù)保護(hù)主要依賴于這些算法。雖然同樣通過量子位工作的量子密碼已經(jīng)成為一種商業(yè)解決方案，但是它只能夠確保密鑰交換的安全。

極其嚴(yán)格的要求

另一方面，也有一些持懷疑態(tài)度的聲音，懷疑D-Wave所謂的量子計(jì)算機(jī)是否是真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。多年以來，世界各國的科學(xué)家一直不懈努力地研發(fā)量子計(jì)算裝置，但都沒能夠走出實(shí)驗(yàn)室階段，沒有獲得太多實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。這是因?yàn)閷τ诹孔佑?jì)算機(jī)的要求是極其嚴(yán)格的。首先，需要通過原子粒子的性質(zhì)來制備量子位，這是量子現(xiàn)象發(fā)生的必要要求；其次，該系統(tǒng)必須從環(huán)境中隔離并冷卻到幾乎絕對零度，因?yàn)榱孔蝇F(xiàn)象會受到外部影響；其三，人們必須謹(jǐn)慎地從外部進(jìn)行干預(yù)，并分配單個(gè)量子位的初始值，觸發(fā)量子力學(xué)的“糾纏”進(jìn)行所需的算術(shù)運(yùn)算；其四，讀取結(jié)果。

到目前為止，研究人員利用單個(gè)離子或光子、原子核自旋的原子或者超導(dǎo)電子對作為量子位，這些已經(jīng)超出了平常人的想象。而按照D-Wave的記錄，他們2011年在因斯布魯克大學(xué)通過鈣離子取得14量子位的糾纏鏈，并于2012年在布里斯托爾大學(xué)成功分解數(shù)字21的質(zhì)因數(shù)3和7，這些都是很普通的成功，是什么讓D-Wave那么的與眾不同？物理學(xué)界許多對D-Wave的量子計(jì)算機(jī)持懷疑態(tài)度的人猜測，D-Wave公司那個(gè)所謂量子計(jì)算機(jī)的龐大黑盒子，所使用的量子位實(shí)際上是微芯片上的超導(dǎo)環(huán)，通過傳統(tǒng)的電子設(shè)備進(jìn)行控制和讀取。因此，批評者們質(zhì)疑這個(gè)系統(tǒng)量子位之間有沒有量子糾纏效應(yīng)，或者說計(jì)算機(jī)是否真正利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，懷疑這只是一臺普通的計(jì)算機(jī)。

應(yīng)用范圍有限

除了在生產(chǎn)技術(shù)上的優(yōu)勢以外，D-Wave的秘密還在于它的計(jì)算機(jī)概念。它被用于編程求解所謂的“旅行商問題”（給出城市的名單和每對城市之間的距離，要求給出訪問每個(gè)城市一次并返回到起點(diǎn)城市的最短路線），D-Wave的系統(tǒng)能夠根據(jù)物理“能量最低原理”逐漸進(jìn)入并給出最佳的解決方案。量子計(jì)算機(jī)的結(jié)果需要通過電子設(shè)備來讀取，這是量子計(jì)算機(jī)面臨的另一個(gè)問題：既然量子位包含一定概率的“0”和“1”，那么也只是有一定的概率獲得正確的結(jié)果，因此需要重復(fù)足夠多次數(shù)的計(jì)算，以達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上可接受的確定性。

篇5

這項(xiàng)計(jì)劃將由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小組來實(shí)施。谷歌在博客中透露，美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校的一個(gè)研究小組也加入了這項(xiàng)計(jì)劃。

谷歌去年的研發(fā)開支達(dá)到80億美元。為了在互聯(lián)網(wǎng)搜索和在線廣告等市場保持領(lǐng)先地位，谷歌目前正在開發(fā)一些新的計(jì)算機(jī)技術(shù)。在科技行業(yè)中的一些人看來，量子技術(shù)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行海量數(shù)據(jù)分析的一種革命性方式。這種新技術(shù)對谷歌的主要業(yè)務(wù)尤其有幫助，對它的新項(xiàng)目――如聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)汽車――也是有用的。

“在一個(gè)硬件研發(fā)團(tuán)隊(duì)的協(xié)助下，量子人工智能研究小組現(xiàn)在能夠落實(shí)新的設(shè)計(jì)并測試新的產(chǎn)品?！惫雀柙诓┛椭袑懙?。

在整理和分析海量數(shù)據(jù)方面，量子計(jì)算機(jī)將具有比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經(jīng)與人合作撰寫過具有領(lǐng)先學(xué)術(shù)水平的量子技術(shù)論文。谷歌也一直被視為這一新技術(shù)革命的領(lǐng)導(dǎo)力量之一。

此外，谷歌的競爭對手微軟也在進(jìn)軍這個(gè)新領(lǐng)域，并建立了一個(gè)名為“量子架構(gòu)和計(jì)算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。

探秘量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)，早先由理查德?費(fèi)曼提出，一開始是從物理現(xiàn)象的模擬而來的?？伤l(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)辇嫶蟮南柌乜臻g使資料量也變得龐大，一個(gè)完好的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實(shí)際的天文數(shù)字。理查德?費(fèi)曼當(dāng)時(shí)就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少。量子計(jì)算機(jī)的概念從此誕生。

從物理層面上來看，量子計(jì)算機(jī)不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質(zhì)子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學(xué)校實(shí)驗(yàn)大多用這個(gè)）等等作為載體。當(dāng)然從理論上來看任何一個(gè)多能級系統(tǒng)都可以作為量子比特的載體。

從計(jì)算原理上來看，量子計(jì)算機(jī)的輸入態(tài)既可以是離散的本征態(tài)（如傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)一樣），也可以是疊加態(tài)（幾種不同狀態(tài)的幾率疊加），對信息的操作從傳統(tǒng)的“和”，“或”，“與”等邏輯運(yùn)算擴(kuò)展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態(tài)或某個(gè)本征態(tài)。所以量子計(jì)算機(jī)會更加靈活，并能實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。

量子計(jì)算機(jī)或不再遙遠(yuǎn)

據(jù)外媒報(bào)道，美國普林斯頓大學(xué)研究人員近日設(shè)計(jì)出一種裝置，可以讓光子遵循實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律?，F(xiàn)存的計(jì)算機(jī)是基于經(jīng)典力學(xué)研發(fā)而成的，在解釋量子力學(xué)方面有很大局限性。量子計(jì)算機(jī)（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

研究人員制作出一種超導(dǎo)體，里面有1000億個(gè)原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個(gè)大的“人工原子”。科學(xué)家把“人工原子”放在載有光子的超導(dǎo)電線上，結(jié)果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運(yùn)動(dòng)軌跡，開始呈現(xiàn)實(shí)物粒子的性質(zhì)。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現(xiàn)出液體和固體粒子的運(yùn)動(dòng)特性，光子的這種運(yùn)動(dòng)“前所未有”。

現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)是基于經(jīng)典力學(xué)研發(fā)而成的，在解釋量子力學(xué)方面有很大局限性。量子計(jì)算機(jī)（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)明也許不再遙遠(yuǎn)。

就我國量子計(jì)算機(jī)而言，相關(guān)研究也一直處于世界領(lǐng)先水平。早在2013年12月30日，美國物理學(xué)會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十一項(xiàng)重大進(jìn)展，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事張強(qiáng)、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。

《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計(jì)算機(jī)”為題報(bào)道了中國科學(xué)家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。

盡管量子計(jì)算機(jī)仍然是遙遠(yuǎn)的未來，但2013年科學(xué)家們卻報(bào)道了一系列量子信息和量子通信領(lǐng)域的勝利。在量子密碼方面，兩個(gè)獨(dú)立的研究組報(bào)道了一種新的加密手段，可以提供絕對的安全性，以解決量子黑客隱患。

篇6

注意教材書（文獻(xiàn)［9］）已有"輻射場"及"能量場"的物理學(xué)概念。但囿于理論局限，使得教材書對這種場的描述是靜止的（機(jī)械的）、孤立的（與物質(zhì)世界無必然聯(lián)系的）、無源的（原因不清），因而也是抽象的（沒有物理意義的）。

上已證明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性質(zhì)。值得物理學(xué)注意的是，原子核這種性質(zhì)并不孤立存在，它同時(shí)還嚴(yán)格地規(guī)定著所有外部世界。因而使得電子、原子、分子、物體、天體、宇宙都只能有唯一穩(wěn)態(tài)位置和結(jié)構(gòu)。這就是大自然最基本的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。也就是普適方程即（20）式所揭示的規(guī)律。

那末，具體規(guī)律是什么呢？請看：

2輻射能場（存在）定理

研究表明，輻射能場準(zhǔn)確存在可用定理表述。

〖輻射能場定理〗:任何粒子（含場粒子及天體，無例外，下同）在其周圍都形成（存在）一種輻射能場，這種輻射能場可用普朗克常數(shù)?和量子數(shù)n＝0,1,2,3…準(zhǔn)確具體描述。在微觀輻射能場表現(xiàn)為量子化，在宏觀則表現(xiàn)為大量粒子的簡并統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3輻射能場實(shí)質(zhì)

輻射能場實(shí)質(zhì)系以粒子為中心，向周圍空間拋射場粒子流（這里主旨中性場粒子流，對于電磁場當(dāng)有別論），這種場粒子流經(jīng)電子集約化就成了光子。研究也表明，任何光子包括X射線都準(zhǔn)確如此。參見（15）式，據(jù)此不難描述任何光子的自身結(jié)構(gòu)。并且可以證明任何光子的靜止（如可能）質(zhì)量均不為零。認(rèn)為光子靜止質(zhì)量為零，還是量子力學(xué)根據(jù)"相對論"瞎子摸象猜測結(jié)果。

這已表明光子的真實(shí)粒子性。并可準(zhǔn)確具體證明，所謂波動(dòng)性實(shí)際上是普朗克常數(shù)與量子數(shù)相互作用的一種客觀表象，任何光子都不存在任何物理意義上的波動(dòng)屬性。

4輻射能場形象

研究表明，輻射能場形象與點(diǎn)光源的光通量完全一致。對于原子核，其輻射能場可用圖（3）準(zhǔn)確表示：

圖中箭頭方向表示輻射能流方向，其線密度表示能流密度，n為量子數(shù)。

5輻射能場性質(zhì)

研究表明，輻射能場實(shí)質(zhì)系以光速拋射場粒子流（粒子上限為中微子），故，輻射能場具有排它性。原子核的輻射能場首先排斥核外所有電子，任何電子也因此未能落到核上，這是事實(shí)。所以，電子未能落到核上量子力學(xué)的任何解釋都只能是自欺欺人的胡言亂語！也所以，玻爾對電子的擔(dān)心完全多余。

需要指出，輻射能場這種排斥作用，通常主要表現(xiàn)為能量形式。相形之下排斥力效應(yīng)很小，一般可忽略。這與太陽光輻射的能量效應(yīng)十分明顯，而太陽光的壓力效應(yīng)十分微小，完全相似。不過在研究宇宙膨脹時(shí)，完全不可忽略天體輻射的斥力效應(yīng)。就是說，"宇宙斥力"存在。然，囿于歷史和理論局限，愛因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。

6原子核輻射能場數(shù)學(xué)表達(dá)式

大量研究表明，原子核（質(zhì)子）的輻射能場數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確為：

E＝n2·h2／2mP·r2――――――――(21)

式中h為普朗克常數(shù)，n為量子數(shù)，mP為質(zhì)子質(zhì)量，距離為r＝0∞，需指出，輻射能場場強(qiáng)E具有能量量綱（這是因?yàn)槭褂靡蜃觝結(jié)果），其數(shù)值則為r處單位面積上的能量。

注意：該式與（64）式有必然聯(lián)系，但物理意義微妙不同，且具有豐富物理內(nèi)容（略）。

研究還表明，由此電子所得到的原子核輻射能場能量準(zhǔn)確地為：

E＝n2·?2／2me·r2―――――――(22)

注意：這也就是玻爾量子化條件。

式中me為電子質(zhì)量，不難看出普朗克常數(shù)h＝2π?緊密地聯(lián)系著質(zhì)子和電子。

已很明顯，量子力學(xué)與玻爾相比，玻爾正確，量子力學(xué)謬誤！

并且由（21）、（22）式不難看出，當(dāng)量子數(shù)n＝0時(shí)，E＝0。需指出，這是物質(zhì)結(jié)構(gòu)非常狀態(tài)。參見圖（3），在n＝0時(shí)，原子核沒有了輻射能場，原子核不再有排斥電子的能力。于是，電子必然落到核上。研究表明，這就是宇宙到達(dá)最低溫度--宇宙奇點(diǎn)的情況。于是，原子中發(fā)生比核反應(yīng)還強(qiáng)烈的變化，結(jié)果原子爆炸--物質(zhì)爆炸--宇宙爆炸！這就是宇宙爆炸原因，由此也不難了解宇宙過去。

可悲的是，量子力學(xué)竟將量子數(shù)n＝0也定義為原子的一種穩(wěn)定狀態(tài)?？筛韬?？可泣乎？災(zāi)難，罪過！阿們--

7輻射能場的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

7.1太陽的輻射本領(lǐng)已足夠大

目前世界公認(rèn)太陽發(fā)射本領(lǐng)（文獻(xiàn)[2]）為3.8×1033（爾格/秒），這相當(dāng)于太陽每秒拋射出質(zhì)量為m＝2×109(千克)物質(zhì)。但如上可知，太陽實(shí)際發(fā)射本領(lǐng)遠(yuǎn)大于此。因?yàn)樘柟鈨H是輻射能流的一部分，這種能流粒子上限為中微子。

7.2宇宙正在膨脹

宇宙正在膨脹，表明"宇宙斥力"存在，這是宇宙中心輻射能場性質(zhì)。宇宙正在膨脹恰系宇宙中心輻射能場的客觀真實(shí)寫照（或曰照片）。

7.3"太陽風(fēng)"的存在

文獻(xiàn)［10］介紹的"太陽風(fēng)"正是本文定義的太陽輻射能場，太陽風(fēng)就是太陽輻射能場的客觀真實(shí)寫照。該文獻(xiàn)給出了對太陽風(fēng)考察的衛(wèi)星實(shí)際探測結(jié)果（文獻(xiàn)圖示略）。這可謂太陽輻射能場的真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

7.4第四個(gè)驗(yàn)證是，任何原子中任何電子均未能落到核上，這是事實(shí)

不僅如此，人為方法：高能陰極射線、X射線或高能加速器也很難將電子打到原子核上。這絕非因碰撞截面太小，總會有幾率。實(shí)際上正是由于原子核具有排它性的輻射能場排斥效應(yīng)所致。由（22）式可見，電子得到的原子核排斥能與距離平方成反比例。在核半徑處排斥能十分巨大，以致可忽略靜電引力能。簡單計(jì)算表明，電子必須具有200倍C(光速)才可能到達(dá)核半徑處。也因此，玻爾對電子的擔(dān)心完全多余！

需要指出，對此類問題，量子力學(xué)仍會故伎重演--狡辯。但經(jīng)如上及以下分析論證，量子力學(xué)純系主觀臆造，對物理學(xué)實(shí)質(zhì)問題全然無知，已經(jīng)使得量子力學(xué)的狡辯不再有任何效力。

7.5第五個(gè)驗(yàn)證是人們熟悉的，然而又不熟悉的，這就是氣體壓力

量子力學(xué)會立即反駁說："氣體壓力來自分子熱運(yùn)動(dòng)和碰撞"（文獻(xiàn)[8]）。需指出，這種解釋充其量只能算作表面化非本質(zhì)解釋，作為哲學(xué)或市民語言尚可，但不能作為物理學(xué)家語言。在嚴(yán)格物理意義上說這種解釋是自欺欺人的。這種解釋實(shí)際上并不清楚分子熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)和根源，更不知溫度對單個(gè)分子的意義是什么。量子力學(xué)（文獻(xiàn)[8]）以公開宣稱："對單個(gè)分子溫度沒有任何意義"。

這是因?yàn)榱孔恿W(xué)有一劑靈丹妙藥--波函數(shù)Ψ--量子力學(xué)家主觀意識，就可以包治百病。溫度與這靈丹妙藥無任何聯(lián)系，在靈丹妙藥中沒任何位置，所以溫度沒有用處。也所以量子力學(xué)結(jié)論：對于單個(gè)分子，溫度沒有意義。

但是，只要神經(jīng)不錯(cuò)亂，人人都懂得，既然宏觀溫度是大量分子集體貢獻(xiàn)，怎么能說單個(gè)分子沒有貢獻(xiàn)？單個(gè)分子又怎能擺脫溫度環(huán)境？這與人對社會貢獻(xiàn)完全一致，能說個(gè)人對社會的貢獻(xiàn)沒有意義嗎？！

大量研究已經(jīng)表明，溫度概念同樣也有極為豐富的物理內(nèi)容。溫度問題同樣也貫穿全部物理世界全部內(nèi)容。并對此可做如下結(jié)論：

普朗克常數(shù)h＝2π?與量子數(shù)n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容，并且，宏觀溫度T就是量子數(shù)n＝0,1,2,3…的照片。

注意，此結(jié)論在確切物理意義上正確。

研究還表明：分子熱運(yùn)動(dòng)及分子間斥力的實(shí)際根源正在于原子（核）間排斥能場相互作用的結(jié)果。并可得以下具體結(jié)果：

PV＝∑Ei――――――――――――――――(23)

式中PV為氣體壓力勢能，Ei為單個(gè)氣體分子的輻射能場能量（推導(dǎo)略）。這種嚴(yán)格關(guān)系唯一證明分子（原子）輻射能場客觀存在。此時(shí)并唯有此時(shí)輻射能場的排斥力效應(yīng)也十分明顯，這就是氣體壓力。

第五章大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律二

5.1大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律之二--潛動(dòng)能客觀存在

研究還表明，這種規(guī)律正確存在也可用定理表述：

5.2潛動(dòng)能定理

〖潛動(dòng)能定理〗：任何質(zhì)量為m的物體（含場粒子及天體）當(dāng)以速度V運(yùn)動(dòng)時(shí)，必有潛動(dòng)能存在。若以符號T2表示則為：

T2＝（1/2）mV2―――――――――――（24）

可見，潛動(dòng)能在數(shù)值上與物體經(jīng)典動(dòng)能（機(jī)械動(dòng)能）相等?，F(xiàn)將經(jīng)典動(dòng)能定義為顯動(dòng)能，并以符號T1表示之：

T1＝T2＝（1/2）mV2――――――――（25）

那么，可以定義物體運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能，以符號Tm表示則為：

Tm＝T1＋T2＝mV2―――――――――（26）

如果，質(zhì)量m以光速C運(yùn)動(dòng)，其全動(dòng)能必為：

Tm＝mC2＝E―――――――――――（27）

看！這就是遐邇聞名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系。這已表明，愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系只不過是物體（粒子）運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能之特例！然而，不僅愛因斯坦本人，而且后人至今都不清楚質(zhì)能關(guān)系的物理意義?？桑?7）式中E＝mC2的物理意義是再清楚不過了！

5.3潛動(dòng)能的物理意義

研究表明，潛動(dòng)能普遍客觀存在，實(shí)際上它是物體（粒子）運(yùn)動(dòng)時(shí)的伴隨能量。由于潛在性，低速時(shí)或直觀上人們難以發(fā)覺。只有在高速時(shí)才明顯表現(xiàn)出來，所以人們至今尚不知曉。

研究表明，潛動(dòng)能實(shí)質(zhì)也是一種輻射能場，這種場粒子上限亦為中微子，對中微子目前尚不能檢測，這也是人們尚未發(fā)現(xiàn)潛動(dòng)能的直接原因。

需指出，溫度為T的物體當(dāng)以速度V運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)存在輻射能場及潛動(dòng)能能場，兩種能場分別可測并須分別描述。但是，以下將完全證明原子核的輻射能場實(shí)際上就是原子核自旋潛動(dòng)能。由此也證明潛動(dòng)能普遍客觀存在。

也所以潛動(dòng)能的能量效應(yīng)較其壓力（即動(dòng)量）效應(yīng)明顯，尤其當(dāng)速度V＜＜C時(shí)，人們無法觀測到這種動(dòng)量效應(yīng)。然而當(dāng)物體速度接近光速（VC）時(shí)，潛動(dòng)能的能量效應(yīng)與動(dòng)量效應(yīng)均不可忽略。這時(shí)潛動(dòng)能的能量效應(yīng)形成愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系事實(shí)；而其動(dòng)量效應(yīng)則形成"物質(zhì)波"的事實(shí)。這就是"物質(zhì)波"的本來面目和真實(shí)內(nèi)容。

5.4潛動(dòng)能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.1回旋加速器的驗(yàn)證

文獻(xiàn)[10]介紹："電子在回旋加速器中，任何瞬間，軌道平均磁場的增量必須是軌道上磁場增量的2倍"。即：

dBave＝2dB―――――――――――――-（28）

這無疑表明本文如上全動(dòng)能成立，亦即表明潛動(dòng)能客觀存在。

5.2電子在加速器中同步輻射光

電子在加速器中同步輻射光能正是電子運(yùn)動(dòng)的潛動(dòng)能，并且，電子同步輻射光的波長λ為：

λ＝h·c／E――――――――――――――（29）

注意：式中能量E是電子同步輻射光能量，也就是電子的潛動(dòng)能。

5.3地球的潛動(dòng)能

地球有潛動(dòng)能？從沒聽說過！有人說。

不錯(cuò)，但經(jīng)本文由普適方程已經(jīng)計(jì)算出地球確有潛動(dòng)能：月球的存在給出完全的證明。因?yàn)楸疚膶υ虑虻挠?jì)算表明，普適方程不僅適用于太陽系，而且適于地（球）--月（球）結(jié)構(gòu)。并且，對月球的計(jì)算，得出兩個(gè)重要結(jié)果：①由普適方程計(jì)算月球繞地（球）軌道半徑與天文觀測（文獻(xiàn)［2］）的誤差小于1％；②由普適方程計(jì)算得出--月球是顆裸星。這已是個(gè)奇跡，目前為止任何理論都辦不到！

這種結(jié)果無疑表明：

第一，地球所得到的太陽輻射能剛好等于地球軌道動(dòng)能，也剛好等于地球的潛動(dòng)能。于是，地球能量處于一種動(dòng)平衡中。這表明，月球繞地（球）軌道受地球潛動(dòng)能嚴(yán)格支配，亦即受地球軌道動(dòng)能嚴(yán)格支配，亦即受太陽能量嚴(yán)格支配。不僅如此，太陽以此嚴(yán)格支配著系內(nèi)所有天體（無例外）的運(yùn)行（位置、動(dòng)能、尺寸、質(zhì)量以及軌道曲線性質(zhì)）。

第二，地球運(yùn)動(dòng)潛動(dòng)能客觀存在，在數(shù)值上準(zhǔn)確等于地球軌道運(yùn)行動(dòng)能。故〖潛動(dòng)能定理〗成立！

第三，"物質(zhì)波"就是本文所定義的"潛動(dòng)能"。

第四，普適方程無條件成立！

5.4X射線韌致輻射

周知，X射線韌致輻射最短波長λmin為：

λmin＝h·c／E－―――――――――――（30）

式中E為外加能量，在數(shù)值上等于電子顯動(dòng)能，也等于潛動(dòng)能。需要指出的是，電子只能放出潛動(dòng)能形成所謂的"波長"：λ。而電子的顯動(dòng)能與宏觀物體的機(jī)械動(dòng)能一樣：只能直接作機(jī)械功，不能直接成為輻射能。量子力學(xué)對此問題"心不在肝"！

所以，（30）式的真實(shí)物理內(nèi)容是：電子放出潛動(dòng)能形成所謂波長：λ，這證明潛動(dòng)能客觀存在?？墒牵孔恿W(xué)，還有德布羅意，把這稱為"物質(zhì)波"！

還要注意：由（30）式可見，韌致輻射最短波長λmin連續(xù)可變，這已完全表明電子能量連續(xù)可變。再一次證明"量子化"并非電子自身固有屬性。

第六章物質(zhì)波及其實(shí)質(zhì)

6.1究竟物質(zhì)波是什么

談物質(zhì)波問題，恰進(jìn)入量子力學(xué)權(quán)威領(lǐng)地。作為權(quán)威，理應(yīng)對此做出科學(xué)合理解釋。遺憾的是雖經(jīng)近百年發(fā)展量子力學(xué)仍滿足于對物理現(xiàn)象作似是而非的猜測，量子力學(xué)的"波函數(shù)"概念正是對"物質(zhì)波"現(xiàn)象的猜測，并強(qiáng)加給電子。

下面考察物質(zhì)波。

德布羅意"物質(zhì)波波長"表達(dá)式為：

λ＝h／p――――――――――――――――（31）

該式表示什么物理意義呢？

認(rèn)真研究表明：雖然λ具有長度量綱，但并不表征任何長度物理量，只能表征粒子動(dòng)量p的反比量度。之所以具有長度量綱，是因?yàn)閯?dòng)量p反比量度的單位取h的結(jié)果。除此之外（31）式不再有其他物理意義，或?qū)⑵渥兓缦拢?/p>

λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em―――（32）

式中Em＝Tm為前文定義的粒子運(yùn)動(dòng)"全動(dòng)能"，這表明λ亦可表征粒子運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能的反比量度，或者說是對潛動(dòng)能的一種量度。所以可結(jié)論：

6.2物質(zhì)波實(shí)質(zhì)

第一，"物質(zhì)波"波長只能表征粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量效應(yīng)或者潛動(dòng)能，實(shí)質(zhì)是潛動(dòng)能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意義。

第二，"物質(zhì)波波長"絕不表示粒子有任何物理意義上的"波動(dòng)"性質(zhì)！

第三，那又為何將λ定義為"波長"呢？研究表明，這還是在于量子力學(xué)的特長--富于猜想的結(jié)果：看到粒子（光子或電子）的干涉和衍射現(xiàn)象，聯(lián)想宏觀波動(dòng)（水面波動(dòng)）的干涉，于是猜想微觀粒子（光子和電子）有一種說不清的波動(dòng)性質(zhì)。由此便將λ定義為"波長"。殊不知，宏觀波動(dòng)（水面波動(dòng)）的干涉與微觀粒子的干涉是完全不同的兩回事。研究表明，水面波動(dòng)確系水面物質(zhì)波動(dòng)。而粒子（光子和電子）的干涉和衍射卻完全是由普朗克常數(shù)?與量子數(shù)n(一對孿生兄弟)共同（技術(shù)）表演的結(jié)果。并可嚴(yán)格準(zhǔn)確具體證明:粒子（光子或電子）的干涉條件中的自然數(shù)n＝0,1,2,3…恰為量子數(shù)n＝0,1,2,3…（略）。這是因?yàn)榱Ｗ拥母缮婧脱苌洮F(xiàn)象是粒子與（量子化了的）物質(zhì)場（輻射能場）相互作用的必然結(jié)果。

并且在本文已到達(dá)的深度--準(zhǔn)確描述場粒子自身結(jié)構(gòu)深度上說，仍未發(fā)現(xiàn)任何粒子有任何內(nèi)稟波動(dòng)屬性。這說明根本不存在"物質(zhì)波"。而德布羅意"物質(zhì)波"概念恰在于粒子運(yùn)動(dòng)"潛動(dòng)能"的事實(shí)。所以，與其說德布羅意發(fā)現(xiàn)了"物質(zhì)波"，毋寧說他發(fā)現(xiàn)了粒子運(yùn)動(dòng)的潛動(dòng)能。

之所以人們認(rèn)為粒子具有波動(dòng)性，客觀原因在于人們對微觀粒子，例如光子，幾乎完全缺乏了解。也因之，目前為止，光子的"波粒二象性"問題仍屬世界公認(rèn)遺難問題之一！

第七章普適方程物理意義

7.1普適方程物理意義

普適方程物理意義可用圖（4）

描述如下：

圖中曲線①就是普適方程①

式，這代表大自然一種普遍基本規(guī)

律--相互吸引規(guī)律。式中T為

粒子（含天體）軌道動(dòng)能，V為引

力勢能。動(dòng)能等與勢能之半，這本是

經(jīng)典物理內(nèi)容。

曲線③就是普適方程③式，

這代表大自然另一種普遍基本規(guī)律

--相互排斥規(guī)律。式中E為粒子

（含天體）所得到的由輻射中心來的

輻射（排斥）能。

顯然，曲線①是線性的，即引

力能V隨距離r呈直線變化；而

排斥能E（曲線③）是雙曲線。故，

兩條曲線必相交，交點(diǎn)為②，即普適方程②式（T＝E）。這代表大自然第三種基本規(guī)律--普遍客觀存在規(guī)律--兩種相反作用永恒絕對平衡規(guī)律：既可以是穩(wěn)態(tài)平衡，例如原子和太陽系；又可以是動(dòng)態(tài)平衡，例如銀河系及宇宙的膨脹（含宇宙爆炸）。并且牛頓力學(xué)在大自然中完全好用！量子力學(xué)對牛頓力學(xué)的非議純屬癔語糊勒！

7.2普適方程注釋

第一，普適方程物理意義雖很寬廣，但卻真實(shí)具體，并不抽象。

第二，普適方程可以直接用來計(jì)算原子結(jié)構(gòu)，計(jì)算天文結(jié)構(gòu)須要變換（略）。

第三，已不難看出大自然（宇宙萬物）沒有任何東西能夠（可以）逃脫普適方程規(guī)律的支配！所以這里用了"永恒絕對普遍"規(guī)律說法，不僅物理意義，而且哲學(xué)意義準(zhǔn)確可靠。亦不難看出人類目前為止的哲學(xué)理論錯(cuò)誤（略）！

第四，因此不難理解：普朗克常數(shù)及量子數(shù)好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容！

研究表明，這已構(gòu)成物理學(xué)最基本的定律--物理學(xué)奠基定律。以致物理學(xué)不得不另辟一章：

第八章物理學(xué)奠基定律

8.1物理學(xué)奠基定律

〖物理學(xué)奠基定律〗：普朗克常數(shù)h＝2π?與量子數(shù)n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，它們同時(shí)共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容，無例外。

8.2奠基注釋

大量研究表明，這不是簡單推廣。該定律普遍永恒絕對全天候成立！世界上找不到脫離這種定律的東西，人類的靈魂也不例外。因此，也沒有能脫離〖物理學(xué)奠基定律〗的物理學(xué)。所以這叫〖物理學(xué)奠基定律〗，名副其實(shí)也！

第九章量子力學(xué)的猜測

上述可見，量子力學(xué)對一些基本物理學(xué)問題要么似是而非，要么一無所知，儼然卻夸夸其談。甚者竟反科學(xué)之道建立了【測不準(zhǔn)原理】，于是使得科學(xué)陷于惡性循環(huán)不解之中。這就是目前科學(xué)活生生的現(xiàn)實(shí)！

現(xiàn)總結(jié)量子力學(xué)對科學(xué)的種種似是而非的猜測：

量子力學(xué)猜測一：（目前）試驗(yàn)電離能＝原子真實(shí)能級

量子力學(xué)猜測二：原子結(jié)構(gòu)不同殼層K,L,M,N…中電子的量子數(shù)分別為n＝0,1,2,3…

量子力學(xué)猜測三：粒子（物質(zhì)）具有（一種朦朧的）波動(dòng)屬性

量子力學(xué)猜測四："物質(zhì)波"①是軌跡波；②是幾率波；③是彌撒物質(zhì)波包

量子力學(xué)猜測五：費(fèi)米子（電子、質(zhì)子）的自旋量皆為（1/2）?

量子力學(xué)猜測六：電子具有反常磁矩屬性（閉著眼睛摸大象）（以下準(zhǔn)確計(jì)算證明）

量子力學(xué)猜測七：物質(zhì)世界是測不準(zhǔn)的，且不可能測準(zhǔn)的，并由此建立一種反科學(xué)的理論──【測不準(zhǔn)原理】

等等，僅舉與本文有關(guān)七例。

以上及以下討論充分證明《量子力學(xué)》完全錯(cuò)誤，一無是處！并可對物理學(xué)做如下結(jié)論。

第十章物理學(xué)正論

10.1世界是粒子的（含場粒子及天體）。但任何粒子都不存在任何物理意義上的內(nèi)稟波動(dòng)屬性。

10.2粒子能量是量子化的（包括天體）。但實(shí)際上根本不存在什么"量子"，即使將"量子"理解為"能量子"也不科學(xué)。（量子力學(xué)純屬虛構(gòu)?。?/p>

10.3普朗克常數(shù)?及量子數(shù)n已給出并將給出全部物理世界準(zhǔn)確信息，它們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容。

10.4任何粒子（含天體，電子，無例外）均不具反常磁矩內(nèi)稟屬性（以下給出具體計(jì)算嚴(yán)格證明）。

10.5物質(zhì)世界是可測的，并完全可測準(zhǔn)的，其準(zhǔn)確程度完全取決于普朗克常數(shù)h＝2π?的準(zhǔn)確度。

10.6電子、質(zhì)子、中子都是經(jīng)典粒子。附錄中嚴(yán)格證明（這種證明本身就是物理學(xué)一種奇跡，量子力學(xué)望塵莫及）。

10.7目前為止，世界是經(jīng)典的。所以，量子力學(xué)所謂超脫經(jīng)典實(shí)際就是超脫科學(xué)！

以下附錄是對全文的嚴(yán)格、具體證明。

第十一章附錄：粒子及其磁矩問題

粒子物理問題，由于缺少直觀經(jīng)驗(yàn)，這給人們正確認(rèn)識造成極大困難。然而量子力學(xué)的出現(xiàn)并沒有幫助人們解決困難，反而給人們本來有限的認(rèn)識能力又設(shè)置了人為的更難以逾越的障礙，這就是【測不準(zhǔn)原理】。并把人們的認(rèn)識能力禁錮在量子力學(xué)謬誤之中。

目前為止的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)驗(yàn)證粒子具有磁矩。但對粒子磁矩問題，量子力學(xué)由于缺乏了解，又為了"符合"試驗(yàn)，經(jīng)常自覺不自覺混淆，有時(shí)偷換，普朗克常數(shù)的物理概念。這已使得量子力學(xué)對粒子磁矩問題的描述嚴(yán)重有詐！

以下用CGS和高斯單位制具體討論：

11.1粒子磁矩問題的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式

文獻(xiàn)[10]中，粒子磁矩表達(dá)通式如下：

g＝nh／μ0H＝ω?／μ0H―――――――（33）

研究表明，該式可謂經(jīng)驗(yàn)公式，因由試驗(yàn)而來，應(yīng)當(dāng)是正確表達(dá)式。

然而問題在于，量子力學(xué)對實(shí)驗(yàn)表達(dá)式的真實(shí)物理意義及實(shí)驗(yàn)的真實(shí)物理過程并不清楚。對表達(dá)式的理解也有錯(cuò)誤，因而得出完全錯(cuò)誤的結(jié)果和結(jié)論。

對于電子，（33）式可變?yōu)椋?/p>

ge＝ωe?/μBH――――――――――――（34）

式中g(shù)e＝1.0011596被量子力學(xué)定義為電子的"反常磁矩"值，ωe為電子自旋磁矩在磁場中進(jìn)動(dòng)角頻。并有：

μB＝γe?＝（e／2meC）?―――――――（35）

其中γe＝e／2meC――――――――――――(36)

那么有g(shù)e＝（ωe?/?H）÷γe――――――――(37)

可簡為ge＝ωe/γeH―――――――――――（38）

這就是量子力學(xué)基本思路，并由此得出電子自旋磁矩錯(cuò)誤結(jié)果。又將這種錯(cuò)誤勇敢地推廣到其它粒子和其他情況，這就錯(cuò)上加錯(cuò)。

需要指出，根據(jù)教科書概念，（36）式為電子軌道回旋比。量子力學(xué)又認(rèn)為電子自旋回旋比為軌道回旋比的2倍，這是由于認(rèn)為（實(shí)際是猜測）電子自旋量為（1/2）?的必然結(jié)果。也得出電子的朗德因子為2的結(jié)果，這是完全錯(cuò)誤的（見下）。

以下討論給出完全的證明：電子純系經(jīng)典粒子，并且其荷質(zhì)比絕對均勻。

那么，對于這樣的經(jīng)典粒子--電子來說，不管其角動(dòng)量如何變化其軌道回旋比與自旋回旋比永遠(yuǎn)相等（只要建立均勻荷質(zhì)比的經(jīng)典粒子模型，立即可證，略）。

考慮到量子力學(xué)錯(cuò)誤因素在內(nèi)，不影響以上及以下討論。研究表明（38）式對電子仍然準(zhǔn)確成立。

但量子力學(xué)錯(cuò)誤主要表現(xiàn)在：

11.2量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯(cuò)誤

量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯(cuò)誤一：將g定義為磁矩"反常"因子。這表明量子力學(xué)缺乏了解又理論貧乏，犯指導(dǎo)方向錯(cuò)誤。以下將給出g因子的真實(shí)物理意義和內(nèi)容。

量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯(cuò)誤二：認(rèn)為費(fèi)米子（電子、質(zhì)子）的自旋量皆為（1/2）?，這是狄拉克根據(jù)量子力學(xué)計(jì)算的錯(cuò)誤結(jié)果：實(shí)際上是與作為能量單位的?簡單呼應(yīng)導(dǎo)出結(jié)果，沒有物理意義。因而是完全錯(cuò)誤的。

量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯(cuò)誤三：量子力學(xué)自覺不自覺混淆并濫用普朗克常數(shù)?的物理概念并偷換之，這叫偷換概念。注意，（37）式中分線上下都有?項(xiàng)。由（33）式可知：

nhω?＝E――――――――――――――（39）

這里?分明表示能量E的單位，這就是（37）式分線上面之?。而（37）式分線下面之?卻是角動(dòng)量的單位。兩種完全不同的物理概念不容混淆，雖然它們的數(shù)值和量綱完全一致。

稱職的物理學(xué)家在未有把握之前不會輕易消去?項(xiàng)。然而量子力學(xué)卻毫不顧忌這么做了，那末所得結(jié)果必有詐！

量子力學(xué)所犯經(jīng)典錯(cuò)誤四：以下將證明量子力學(xué)完全不了解粒子磁矩實(shí)驗(yàn)的真實(shí)物理過程以及（33）、（38）式的真實(shí)物理意義。

那么，電子磁矩實(shí)驗(yàn)真實(shí)物理內(nèi)容是什么呢？現(xiàn)將（34）式變化如下：

ωe＝（ge·H／?）μB――――――――――（40）

注意，式中μB為玻爾磁子，系作為磁矩的單位出現(xiàn)，為常數(shù)；而?則作為能量的單位出現(xiàn)，亦為常數(shù)；因子ge也是常數(shù)。

那么，（40）式明確表明：ωe與H成正比，而與電子真實(shí)角動(dòng)量無關(guān)（注意式中無有角動(dòng)量物理量）。也就是說，無論電子真實(shí)角動(dòng)量是多少，（40）式中的ωe都保持不變。

或者由（38）式得：

ωe＝ge·H·γe―――――――――――（41）

式中g(shù)e及γe均為常數(shù)，該式仍然表明ωe只與H成正比，與電子真實(shí)角動(dòng)量無關(guān)。并請注意，這種認(rèn)識上的差異將產(chǎn)生完全不同的結(jié)論。

由此可結(jié)論：由于粒子磁矩進(jìn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與粒子真實(shí)角動(dòng)量這種無關(guān)性（注意：與實(shí)驗(yàn)無關(guān)，并非理論無關(guān)），因而這種試驗(yàn)就不能直接測得任何粒子真實(shí)磁矩。因?yàn)橥耆喾矗Ｗ诱鎸?shí)磁矩直接與角動(dòng)量緊密（理論）相關(guān)（只要建立經(jīng)典粒子模型立即可證）。并且研究表明，這一結(jié)論對任何粒子都成立。

然而，量子力學(xué)卻由此直接得出"電子自旋磁矩"μe：

μe＝ge·μB―――――――――――――（42）

注意：這種結(jié)果，①偷換了常數(shù)?概念；②假定電子自旋量為（1/2）?；③并不了解ge因子的真實(shí)物理意義，因而是完全錯(cuò)誤的結(jié)果。

然而，（41）式是有功勞的，它已經(jīng)揭示出粒子磁矩問題的本質(zhì)規(guī)律（量子力學(xué)全然不知）。并且，這種規(guī)律的正確性可用下述Ⅳ條磁矩定理表述。

11.3粒子磁矩定理Ⅰ

〖粒子磁矩定理Ⅰ〗:任何粒子（含場粒子及天體，下同）的磁矩問題都是經(jīng)典問題，不存在任何非經(jīng)典問題。

顯然，此定理的證明，不可能立竿以畢。但是，本文如下仍將給出完全的證明！

這定理的證明本身就已是物理學(xué)奇跡之一。這已表明量子力學(xué)完全無聊！

11.4粒子磁矩定理Ⅱ

〖粒子磁矩定理Ⅱ〗：任何磁矩進(jìn)動(dòng)試驗(yàn)都不能直接測得任何粒子的真實(shí)磁矩。但玻爾磁子除外。

其實(shí)，上述討論已經(jīng)給出定理Ⅱ的證明。這是由于實(shí)驗(yàn)磁矩進(jìn)動(dòng)角頻(ω)與粒子真實(shí)角動(dòng)量(L)無關(guān)，而粒子真實(shí)磁矩(μ)卻與粒子真實(shí)角動(dòng)量(L)緊密直接相關(guān)（不可開膠）！

然而，量子力學(xué)竟然由實(shí)驗(yàn)直接得出粒子的磁矩結(jié)果。那么，這種結(jié)果必不真實(shí)，嚴(yán)重有詐！這表明，量子力學(xué)先天不足，后天空虛，已養(yǎng)成寄生性和猜測性。所謂寄生旨在寄生于經(jīng)典物理，經(jīng)典物理已清的，量子力學(xué)也清楚，并夸其談而娓動(dòng)聽；經(jīng)典物理未清的，量子力學(xué)也一無所知，不得不依賴對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行猜測--并美其名曰"符合"試驗(yàn)。

11.5粒子磁矩問題理論表達(dá)式

研究表明，為了要得到粒子真實(shí)磁矩，就必須建立磁矩問題的理論表達(dá)式。量子力學(xué)對此完全無能。本文大量研究，現(xiàn)給出粒子磁矩問題的準(zhǔn)確理論表達(dá)式如下：

Kφ＝ω·L／μ·H――――――――――（43）

或?yàn)橛懻摲奖阕優(yōu)椋?/p>

ω＝Kφ·μ·H／L――――――――――（44）

注意，這種理論表達(dá)式的正確性，可用粒子磁矩定理Ⅲ表述如下：

11.6粒子磁矩定理Ⅲ

〖粒子磁矩定理Ⅲ〗：任何粒子（同上）不管公轉(zhuǎn)還是自旋（旋轉(zhuǎn)軸須平行），其磁矩在磁場中進(jìn)動(dòng)角頻ω與粒子磁矩μ成正比，與外加磁場強(qiáng)度H成正比，與粒子角動(dòng)量L成反比。其比例為常數(shù)。

若用符號Kφ表示這個(gè)常數(shù)，那么有：

Kφ＝1.0011596――――――――――――(45)

研究表明，Kφ為物質(zhì)與物質(zhì)場相互作用常數(shù)，并且這是所有粒子（含天體）的共性問題，絕非任何粒子（例如電子）所特有。任何粒子，無例外，都不具反常磁矩內(nèi)稟屬性，以下給出完全的證明。

研究還表明，理論表達(dá)式即（43）、（44）式具有普遍意義，對所有粒子（含天體）任何情況（公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)）都準(zhǔn)確適用。并都將得到與實(shí)驗(yàn)完全相符的結(jié)果。

這一事實(shí)完全表明：

第一，粒子磁矩問題是共性問題。

第二，粒子磁矩問題確系經(jīng)典問題。這表明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗成立（以下還將證明）。

11.7電子及其磁矩

作為物理學(xué)者，在將（34）式變?yōu)椋?8）式時(shí)不應(yīng)忘記兩件事：

11.7.1物理學(xué)者不應(yīng)忘記第一件事

第一件事：由于混淆并（偷）更換常數(shù)?物理概念的結(jié)果，使得（38）式具有了完全特殊的意義。在于，（38）式卻反映且唯能反映電子基態(tài)軌道磁矩真實(shí)情況。這是由于唯基態(tài)電子軌道運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量為?，也方可與作為能量單位的?相消。這么做的結(jié)果，使得磁矩實(shí)驗(yàn)只能直接測得電子基態(tài)軌道運(yùn)動(dòng)真實(shí)磁矩，且在數(shù)值上等于玻爾磁子μB：

μB＝ωe·?/ge·H――――――――――（46）

需指出，這是所有磁矩進(jìn)動(dòng)試驗(yàn)所能測得的唯一真實(shí)磁矩。除此之外任何粒子任何情況（公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)）的真實(shí)磁矩都不可能由磁矩進(jìn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)直接得出（只要建立經(jīng)典模型立即可證）！

（46）式也可由（34）式直接導(dǎo)出，但物理意義完全不同：在（34）式中，μB系作為磁矩的單位出現(xiàn)，為常數(shù)，?則作為能量的單位出現(xiàn)；而（46）式中μB則是電子基態(tài)軌道真實(shí)磁矩，而?為電子基態(tài)軌道運(yùn)動(dòng)真實(shí)角動(dòng)量。

11.7.2電子快報(bào)

電子快報(bào)：

研究表明，（46）式又有引伸的重要物理意義（可謂物理學(xué)今古奇觀）：在于由電子自旋的實(shí)驗(yàn)竟然得出電子軌道運(yùn)動(dòng)的真實(shí)磁矩μB；反而無論如何也不能直接測得電子的自旋真實(shí)磁矩。就是說，將電子自旋試驗(yàn)參數(shù)（自旋進(jìn)動(dòng)角頻ωe、自旋試驗(yàn)場強(qiáng)H、自旋因子ge）代入（46）式，居然得出電子基態(tài)軌道運(yùn)動(dòng)真實(shí)磁矩μB！并且計(jì)算也表明，對其它軌道磁矩（38）式也適用。這便是值得物理學(xué)家注意的"電子快報(bào)"！于是有：

11.7.3電子磁矩問題的表達(dá)通式

因此，可以構(gòu)造電子磁矩問題的表達(dá)通式：

μe＝ωe·Le／ge·H――――――――（47）

式中μe既表示電子的自旋磁矩，也表示軌道磁矩，Le則為對應(yīng)的角動(dòng)量。

11.7.4電子磁矩問題表達(dá)通式的應(yīng)用

例一：用電子磁矩表達(dá)通式即（47）式求解電子軌道角動(dòng)量為L2＝2?時(shí)的軌道磁矩μ2

解：將L2＝2?代入（47）式有：

μ2＝ωeLe／geH＝ωeL2／geH＝ωe·2?／geH＝2（ωe?／geH）

＝2μB（正確）

研究表明，對電子自旋（47）式當(dāng)然成立，因?yàn)椋?4）～（38）式是系由自旋試驗(yàn)而來。只要將電子自旋真實(shí)角動(dòng)量代入（47）式便得電子自旋真實(shí)磁矩（以下給出結(jié)果）。

11.7.5莊嚴(yán)事實(shí)

莊嚴(yán)事實(shí)：

由電子自旋試驗(yàn)得到的結(jié)果即（38）式，卻完全適用于電子任何情況（包括自旋各種狀態(tài)，也包括軌道公轉(zhuǎn)各種情況）。這已充分證明〖粒子磁矩定理Ⅲ〗成立，同時(shí)證明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗也成立。如果電子不是經(jīng)典粒子，（47）式絕不會成立。

11.7.6一條真理

一條真理：

上述莊嚴(yán)事實(shí)展示一條真理，即下式成立：

ω自／ω公＝ωe／ωB1――――――（48）

式中用ω自表示電子自旋磁矩進(jìn)動(dòng)角頻，亦即ωe；而ω公表示電子軌道磁矩進(jìn)動(dòng)角頻，亦即ωB。研究表明這是〖粒子磁矩定理Ⅲ〗及〖粒子磁矩定理Ⅰ〗的必然結(jié)果！以下還將對(48)式進(jìn)一步證明。

這種結(jié)果，唯一表明電子純系經(jīng)典粒子，因?yàn)橹挥薪?jīng)典的荷電粒子模型（并且荷質(zhì)比均勻）才有（48）式結(jié)果（只要建立經(jīng)典模型立即可證，略）。

11.7.7量子力學(xué)錯(cuò)誤結(jié)果

然而，量子力學(xué)卻得出與（48）式相悖的錯(cuò)誤結(jié)果：

ωe／ωB＝μe／μB＝ge＝1.0011596―――（49）

顯然，量子力學(xué)完全不知常數(shù)ge的真實(shí)物理意義。更不知：〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進(jìn)動(dòng)試驗(yàn)都不可能直接測得任何粒子的真實(shí)磁矩！然而，量子力學(xué)卻直接得出（42）、（49）式結(jié)果。所以這種結(jié)果必不真實(shí)，嚴(yán)重有詐！也顯然，這種結(jié)果純系根據(jù)實(shí)驗(yàn)比值瞎子摸象。又美其名曰"符合"試驗(yàn)，多荒唐！

11.7.8物理學(xué)者不應(yīng)忘記第二件事--荷質(zhì)比均勻問題

第二件事：電子（作為粒子）自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)微荷質(zhì)比是否均勻？如果微荷質(zhì)比均勻，則（34）～（38）式均成立，反之都不成立。

這問題，只要建立經(jīng)典模型立即可證（略）。同樣可證明，如果粒子內(nèi)部微荷質(zhì)比不均勻?qū)壍拦D(zhuǎn)磁矩影響甚微，可忽略；但對自旋磁矩影響顯著，不可忽視（研究表明質(zhì)子和中子正是這種情況）。然而，量子力學(xué)一律忽視！

以下對荷質(zhì)比作定量討論，需要定義。

微荷質(zhì)比的定義：將粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的真實(shí)荷質(zhì)比定義為微荷質(zhì)比，用符號q／m表之。

那么，如果粒子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)微荷質(zhì)比點(diǎn)點(diǎn)相同，即：

q／m＝常數(shù)―――――――――――（50）

則被定義為：粒子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比均勻。

否則謂荷質(zhì)比不均勻。

顯然，此類問題量子力學(xué)顯得力所不及。但值得慶幸的是，對電子來說大量研究表明（50）式準(zhǔn)確成立。也正因如此，才允許（否則不允許）進(jìn)行（35）～（38）式變換，才有（48）式結(jié)果。否則（48）式不會成立，也不會有（47）是正確結(jié)果。

此外，本文應(yīng)用普適方程已準(zhǔn)確推出電子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)（繁瑣，略），這種結(jié)構(gòu)也準(zhǔn)確表明電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)微荷質(zhì)比點(diǎn)點(diǎn)相同。且有：

q／m＝常數(shù)＝e／me―――――――（51）

那么，以下〖粒子磁矩定理Ⅳ〗給（48）式以嚴(yán)格證明。

11.8粒子磁矩定理Ⅳ

〖粒子磁矩定理Ⅳ〗：任何粒子（同上）只要是經(jīng)典的，如果（50）式成立，不管公轉(zhuǎn)還是自旋下式總成立：

ω1/ω2＝q1／m1÷q2／m2－―――――（52）

式中q1／m1、q2／m2分別表示兩種情況下的粒子平均荷質(zhì)比；ω1、ω2分別表示兩種情況下磁矩進(jìn)動(dòng)角頻；下表"1"、"2"表示兩種情況：其中包括兩種粒子情況m1、m2，或者兩種電荷q1、q2情況，或者表示同一粒子兩種試驗(yàn)條件，或者表示自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)兩種情況。

這表明（52）式的廣泛適應(yīng)性。它也表明粒子磁矩問題的共性，同時(shí)也表明離子磁矩問題的經(jīng)典性。

只要建立經(jīng)典模型，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗立即可證（略）。需指出，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗既可由理論表達(dá)式推導(dǎo)證明（略），也可由實(shí)驗(yàn)表達(dá)式推導(dǎo)（略）。

那么，將（52）式應(yīng)用于電子的自旋與公轉(zhuǎn)兩種情況，則有：

ω1／ω2＝ω自／ω公＝ωe／ωB

＝q1／m1÷q2／m2――――――（53）

式中下標(biāo)"1"表示電子自旋情況，下標(biāo)"2"表示電子公轉(zhuǎn)情況。于是：

q1／m1q2／m2e／me

那么有：ω自／ω公ωe／ωB1―――――――（54）

這表明（48）式成立，亦即表明電子自身內(nèi)部荷質(zhì)比均勻。

這再一次證明了電子問題的經(jīng)典性質(zhì)。如果電子不是經(jīng)典粒子（54）式絕不成立。

至此，上述四條磁矩定理嚴(yán)格證畢。

那么，這就在事實(shí)上徹底打破了《量子力學(xué)》關(guān)于電子理論問題的神話--鬼話。

并且至此，已完全、充分、確切地證明了量子力學(xué)純系偽科學(xué)（非任何偏見）。在哲學(xué)及物理學(xué)意義上說，此結(jié)論都嚴(yán)格準(zhǔn)確。

11.9粒子磁矩理論表達(dá)式的應(yīng)用

11.9.1用理論表達(dá)式計(jì)算電子軌道磁矩

例二，應(yīng)用粒子磁矩理論表達(dá)式即（43）式求解電子基態(tài)軌道運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量為L1＝?時(shí)的軌道磁矩μB

解：由（43）及（54）式得

Kφ＝ωBL1／μBH＝ωe?/μBH――――（55）

那么μB＝ωe?/KφH―――――――――――（56）

式中Kφ＝ge（數(shù)值相等但物理意義不同）。顯然，該式與（46）式等價(jià)。所以（56）式結(jié)果正確。這表明本文磁矩理論表達(dá)式正確成立。

也顯然，對于其它軌道磁矩理論表達(dá)式都成立（略）。

那么，（55）式是一個(gè)很有用的式子，他好比粒子磁矩問題杠桿，由它可導(dǎo)出所有粒子所有情況（公轉(zhuǎn)和自傳）的真實(shí)磁矩。

11.9.2用理論表達(dá)式計(jì)算電子自旋真實(shí)磁矩

例三，用粒子磁矩理論表達(dá)式求解電子自旋真實(shí)磁矩:μe

解：將磁矩理論表達(dá)式用于電子自旋則有

Kφ＝ωeLe/μeH―――――――――――（57）

聯(lián)立（55）、（57）二式則有

μe＝（ωeLe／ωB?）μB――――――（58）

由〖粒子磁矩定理Ⅳ〗及（48）式知：ωe＝ωB，故有：

μe＝（Le／?）μB―――――――――――（59）

只要將電子真實(shí)自旋角動(dòng)量：Le

Le＝(1/401.16764)?―――――――――（60）

（這是本文大量研究結(jié)果，推導(dǎo)繁瑣，略）代入（59）式便得電子自旋真實(shí)磁矩：μe

μe＝(1/401.16764)μB――――――――（61）

可有人不敢相信這(61)式結(jié)果。但是，（59）式必正確！

那么，為何量子力學(xué)猜測電子自旋量為（1/2）?，又能與實(shí)驗(yàn)"相符"呢？這是由于磁矩實(shí)驗(yàn)表達(dá)式即（34）～（38）式與電子真實(shí)角動(dòng)量無關(guān)，不管電子真實(shí)角動(dòng)量是多少，（34）與（38）二式總自洽成立。因此，量子力學(xué)詭稱符合實(shí)驗(yàn)，實(shí)屬欺詐！

下面考察質(zhì)子。

11.10質(zhì)子及其真實(shí)磁矩

考察質(zhì)子磁矩立刻出現(xiàn)困難：卻乏質(zhì)子有關(guān)數(shù)據(jù)。

11.10.1質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

不過不要緊，本文大量研究已經(jīng)給出質(zhì)子自身結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確描述，并在幾方面都與實(shí)驗(yàn)完全相符。這種描述給出如下兩個(gè)重要結(jié)果：

第一，質(zhì)子自旋真實(shí)角動(dòng)量以LP表示,則為：

LP＝h＝2π?＝6.6260755×10－27(爾格妙)―――（62）

第二，質(zhì)子自旋理論半徑以rP表示，則為：

rP＝1.324100×10－13（cm）――――――（63）

這兩項(xiàng)結(jié)果推導(dǎo)繁瑣，但以下仍將給出出其不意令人嘆為觀止的證明。

仿照電子，對質(zhì)子做如下計(jì)算：

EP＝n2LP2/2mPrP2＝n2h2/2mPrP2―――（64）

式中mP為質(zhì)子質(zhì)量，n為量子數(shù)。將（63）、（62）式代入得：

EP＝n2×7.5163935×10－4（爾格）――――（65）

注意：式中數(shù)字恰為質(zhì)子自旋動(dòng)能，現(xiàn)以符號TP1表示：

TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4（爾格）――――――（66）

那么，據(jù)潛動(dòng)能定理，質(zhì)子必有潛動(dòng)能，以TP2表示：

TP2＝TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4(爾格)―――（67）

那么，質(zhì)子必有全動(dòng)能以EPm表示：

EPm＝TP1＋TP2＝mP·C2

＝1.5032787×10－3（爾格）―――――（68）

這就是聞名遐邇的愛因斯坦"質(zhì)能關(guān)系"式：

E＝mC2――――――――――――――――（69）

這表明質(zhì)子自旋速度恰為光速C，那么質(zhì)子自旋角動(dòng)量若以符號LP表示必為：

LP＝mP·C·rP＝6.6260755×10－27(爾格妙)

＝h＝2π?―――――――――――――（70）

如上計(jì)算表明，（63）、（62）二式必需同時(shí)成立。如果LP、rP中一項(xiàng)不成立，則上述計(jì)算都不成立。這可謂對質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)初步證明，以下還將證明。

11.10.2質(zhì)子世界

注意，（64）式有著極為豐富的物理內(nèi)容?，F(xiàn)將其變化如下

E＝n2h2/2mPr2――――――――――――（71）

這就是質(zhì)子輻射能場準(zhǔn)確數(shù)學(xué)表達(dá)式，式中r＝rP∞為距離，E的量綱為能量，但其數(shù)值為在r處單位面積上的能量，即能場強(qiáng)度。當(dāng)距離從∞收縮至rP時(shí)，能量E恰為EP即（65）式，且此時(shí)質(zhì)能關(guān)系式E＝mC2成立。這說明質(zhì)子活動(dòng)（自旋）范圍為rP（自旋半徑），亦即（63）式成立。

上述可見，質(zhì)子世界的（作用）范圍為r＝0∞。其中0rP為質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)世界，而rP∞為質(zhì)子（或原子核）的外部作用世界。

11.10.3量子化的根源

注意，（64）式及（71）式能量都是量子化的，并且，這就是世界量子化的真實(shí)根源！這是質(zhì)子（原子核）的內(nèi)稟屬性。也并且，原子核（質(zhì)子）以此嚴(yán)格規(guī)定并支配著所有外部世界：核外所有電子、原子、分子、晶體、固體、液體、氣體、天體、宇宙的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及宇宙的歷程。這些也都是大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。

11.10.4質(zhì)子與普適常數(shù)

根據(jù)經(jīng)典物理，現(xiàn)將質(zhì)子電荷庫侖自舉能用Epe表示，則：

Epe＝e2/2rP＝8.7296129×10－7（爾格）―――（72）

那么有：

EPm／Epe＝1722.0451＝Φ―――――――（73）

這也就是正文中的普適常數(shù)Φ之值，參見（15）式。式中EPm為質(zhì)子全動(dòng)能，即（68）式?？梢?，普適常數(shù)Φ還嚴(yán)格規(guī)定著質(zhì)子。

注意：（15）式與（73）式是完全不同的計(jì)算，然而竟得出完全相同的結(jié)果，即普適常數(shù)Φ之值。這種令人嘆為觀止的結(jié)果，已完全表明本文對質(zhì)子的計(jì)算無誤。以上質(zhì)子數(shù)據(jù)都成立。

11.10.5質(zhì)子與反常磁矩

作如下計(jì)算：

（TP1＋TP2）／TP1＝1.0011614――――――（74）

這就是試驗(yàn)測得的"反常磁矩值"。注意文獻(xiàn)［10］介紹："試驗(yàn)測得電子反常磁矩值為1.0011609(±0.0000024)"。

再做如下計(jì)算：

1＋1÷（Φ/2）＝1＋2/Φ＝1.0011614―――（75）

這就是普適常數(shù)Φ與反常磁矩的關(guān)系。

上述計(jì)算已經(jīng)表明：

第一，謂反常磁矩值并非為電子所特有，而是物質(zhì)間相互作用常數(shù)，為任何粒子（包括天體）所共有。

第二，本文關(guān)于質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的計(jì)算準(zhǔn)確無誤。

11.10.6質(zhì)子的真實(shí)磁矩

有了上述準(zhǔn)備，現(xiàn)在繼續(xù)考察質(zhì)子磁矩。但又出現(xiàn)困難：質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)微荷質(zhì)比是否均勻？不過不要緊：可以先假定其荷質(zhì)比均勻，然后在研究處理。

那么，如果質(zhì)子荷質(zhì)比均勻，亦即假定（50）式對質(zhì)子成立，就可將〖粒子磁矩定理Ⅳ〗應(yīng)用于質(zhì)子和電子兩種粒子。必有：

ω1／ω2＝ωe／ωP＝q1／m1÷q2／m2＝e／me÷e／mP

＝mP／me―――――――――――（76）

式中用下標(biāo)"1"表示電子，下標(biāo)"2"表示質(zhì)子，所以有：

ωe／ωP＝mP／me―――――――――――（77）

該式右端為質(zhì)子與電子的質(zhì)量之比，為：

mP／me＝1836.1528―――――――――――（78）

而（77）式左端，實(shí)驗(yàn)（文獻(xiàn)[12]）已經(jīng)測得：

ωe/ωP＝658.210688―――――――――（79）

然而，量子力學(xué)（文獻(xiàn)［12］）錯(cuò)誤地推薦此值為：

ωe／ωP＝μe／μP＝658.210688―――――（80）

顯然，這是錯(cuò)誤結(jié)果：第一因?yàn)?，上述〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進(jìn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)都不可能直接測得任何粒子的真實(shí)磁矩；第二因?yàn)?，試?yàn)實(shí)際測得的數(shù)據(jù)是ω而不μ，

這表明（79）式正確無誤，而（80）式錯(cuò)誤。

回頭再看，（77）式并不成立！究其原因恰在于：假設(shè)不合理。原來質(zhì)子自身結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比并不均勻！然而，不均勻程度如何？需作如下計(jì)算：

mP／me÷ωe/ωP＝1836.1528/658.201688

＝2.7896125――――（81）

注意：這就是質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比不均勻程度。因?yàn)槿绻少|(zhì)比均勻，（77）式必成立（據(jù)磁矩定理Ⅳ）！而事實(shí)不成立，恰在于質(zhì)子的荷質(zhì)比不均勻（唯一原因）。故，（81）式準(zhǔn)確表征質(zhì)子荷質(zhì)比不均勻程度。

若以符號gP表示質(zhì)子荷質(zhì)比不均勻因子（即不均程度），則有：

gP＝mP／me÷ωe/ωP＝2.7896125――――（82）

大量研究表明，此種關(guān)系對任何粒子都準(zhǔn)確成立。

于是粒子荷質(zhì)比不均因子（以符號g表示）的表達(dá)通式為：

g＝m／me÷ωe/ω―――――――――――（83）

顯然，這里的荷質(zhì)不均因子與教科書中（文獻(xiàn)［4］）朗德因子數(shù)值相近，但物理意義完全不同。若以符號g''''表示朗德因子，則有：

Kφ＝g''''／g＝1.0011596――――――――（84）

研究表明，（84）式對所有粒子都準(zhǔn)確成立。那么，對質(zhì)子則有：

Kφ＝gP''''/gP＝2.79284386/2.7896125

＝1.0011596――――――（85）

看！質(zhì)子也有了"反常磁矩值"：1.0011596。這種計(jì)算，再次打破了量子力學(xué)關(guān)于電子的神話--鬼話。

所以研究表明，Kφ＝1.0011596為物質(zhì)與物質(zhì)場相互作用常數(shù)（參見〖粒子磁矩定理Ⅲ〗），為任何粒子（包括天體）所共有。并不為電子所特有，因而不能表征磁矩"反常"。

那么，將磁矩理論表達(dá)式，即（43）式用于質(zhì)子：

Kφ＝ωP·LP/μP·H―――――――――（86）

聯(lián)立（55）、（86）二式有：

μP＝（ωP·LP／ωe·?）μB―――――――（87）

將（70）、（79）二式代入得；

μP＝(2π／658.210688)μB

＝8.8528430×10－23（爾格／高斯）―――（88）

這就是質(zhì)子自旋真實(shí)磁矩！這是質(zhì)子磁矩的第一種算法。用這種算法可以算得任何粒子的真實(shí)磁矩，下面介紹另種算法。

11.11粒子磁矩另一種算法

大量研究，下面給出粒子磁矩另種算法表達(dá)通式：

μ＝g·γ·L――――――――――――――（89）

研究表明，該式對所有粒子的磁矩都準(zhǔn)確適用。雖然教科書中也有一模一樣的公式，但物理意義大相徑庭！

這里，L為粒子真實(shí)角動(dòng)量；γ為所謂的回旋比，但對荷質(zhì)比不均勻的粒子，γ已不再能表征真實(shí)回旋比，而只能表征平均荷質(zhì)比概念；g則為荷質(zhì)比不均因子，它表征粒子內(nèi)部荷質(zhì)比不均勻程度，為無量綱常數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)測定，也可理論推導(dǎo)。并且有：

gg''''/Kφ―――――――――――――――（90）

式中g(shù)''''為教科書中的"朗德因子"。研究表明（89）、（90）二式對任何粒子（含天體），不管公轉(zhuǎn)還是自轉(zhuǎn)都嚴(yán)格成立。

11.11.1電子磁矩另一種算法

對于電子，（90）式變?yōu)椋?/p>

ge＝ge''''/Kφ＝1.0011596/1.00115961―――（91）

這里，電子的ge1，表征電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點(diǎn)荷質(zhì)比絕對均勻。并再次證明電子確系經(jīng)典粒子。那么，以上所有計(jì)算均有效！

11.11.2用另種算法計(jì)算電子軌道磁矩

例四，用（89）式求解電子軌道角動(dòng)量為L3＝3?時(shí)的軌道磁矩μ3

解：對于電子，ge1，γe＝e／（2meC），并將L3＝3?代入（89）式有

μ3＝（e／2meC）×3?＝3μB(正確)

11.11.3用另種算法計(jì)算電子自旋磁矩

例五，用（89）式求解電子自旋磁矩:μe

解:對于電子,ge1，γe＝e／（2meC），代入（89）式得

μe＝（e／2meC）Le＝（Le／?）μB―――（92）

此結(jié)果與（59）式全同，正確。

11.11.4質(zhì)子和中子磁矩的另種算法略……

11.12結(jié)語

綜上述可見：

第一，Ⅳ條〖磁矩定理〗完全是經(jīng)典的。

第二，電子、質(zhì)子、中子完全遵從Ⅳ條〖磁矩定理〗，這已無可辯駁地證明：電子、質(zhì)子、中子完全是經(jīng)典粒子?！读孔恿W(xué)》純屬主觀臆造！

第三，本文《物理學(xué)正論》成立。

參考文獻(xiàn)

[1]理論物理《量子力學(xué)》-----------吳大猷著（臺灣）

[2]《物理量和天體物理量》-----------艾倫著（英）

[3]《關(guān)于氦原子的計(jì)算》-----------黃崇圣著（成都科技大學(xué)學(xué)報(bào)1980.6）

[4]《原子物理學(xué)》----------------諸圣麟著

[5]《氦原子光譜，兼談原子結(jié)構(gòu)》-----朱正擁著（鐵嶺師專學(xué)報(bào)1986.4）

[6]《18個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)計(jì)算》------張奎元著（鐵嶺衛(wèi)校?？?988.1）

[7]《36個(gè)元素的原子結(jié)構(gòu)計(jì)算》------陶寶元著（鐵嶺教育學(xué)院院刊1989.1-2）

[8]《物理學(xué)》(教材)---------------復(fù)旦大學(xué)編

[9]《電動(dòng)力學(xué)》------------------郭碩鴻著

[10]《物理大辭典》-----------------臺灣版

篇7

量子力學(xué)完美地解釋了在各種尺度之下物質(zhì)的行為，在所有物質(zhì)科學(xué)中是最成功的理論，但也是最詭異的理論。

在量子領(lǐng)域里，粒子似乎可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地方，信息傳遞速度可以比光速快，而貓可以同時(shí)既是死的又是活的！物理學(xué)家已經(jīng)對這些量子世界中吊詭的事情困惑了90年，但他們現(xiàn)在還是一籌莫展。當(dāng)演化論和宇宙論已經(jīng)成為一般知識時(shí)，量子理論仍然讓人認(rèn)為是奇特的異常事物；盡管在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品時(shí)，它是很棒的操作手冊，此外就沒什么用處了。由于人們對于量子理論的意義有著深度混淆，便繼續(xù)加深一種印象：量子理論想急切傳達(dá)的深?yuàn)W道理，與日常生活無關(guān)，而且因?yàn)檫^于怪異，以至于一點(diǎn)也不重要。

在2001年，有個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開始發(fā)展一種模型，或許可以去除量子物理的吊詭之處，至少也會讓這些吊詭不那么令人不安。這個(gè)模型被稱為量子貝氏主義，它重新思考波函數(shù)的意義。

在正統(tǒng)量子理論中，一個(gè)物體（例如電子）可用波函數(shù)來表示，也就是說波函數(shù)是一種用來描述物體性質(zhì)的數(shù)學(xué)式子。如果你想預(yù)測電子的行為，只需推導(dǎo)出它的波函數(shù)如何隨時(shí)間變化，計(jì)算的結(jié)果可以給你電子具有某種性質(zhì)（例如電子位于某處）的概率。但是如果物理學(xué)家進(jìn)一步假設(shè)波函數(shù)是真實(shí)的事物，麻煩就來了。

量子貝氏主義結(jié)合了量子理論與概率理論，認(rèn)為波函數(shù)不是客觀實(shí)在的事物；反之，它主張把波函數(shù)作為使用手冊，是觀察者對于周遭（量子）世界做出適當(dāng)判斷的數(shù)學(xué)工具。明確一點(diǎn)講，觀察者了解一件事：自己的行為與抉擇會無可避免地以無法預(yù)測的方式影響被觀測系統(tǒng)，因此用波函數(shù)來指明自己判斷量子系統(tǒng)具有某種特定性質(zhì)的概率大小。另一個(gè)觀察者也用波函數(shù)來描述他所看到的世界，對于同一量子系統(tǒng)而言，可能會得到完全不同的結(jié)論。觀察者的人數(shù)有多少，一個(gè)系統(tǒng)（一個(gè)事件）可能擁有不同的波函數(shù)就有多少。在觀察者相互溝通、并且修正了各自的波函數(shù)以涵蓋新得到的知識之后，一個(gè)有條理的世界觀就浮現(xiàn)了。

最近才轉(zhuǎn)而接受量子貝氏主義的美國康奈爾大學(xué)理論物理學(xué)家摩明這么說：“在此觀點(diǎn)之下，波函數(shù)或許是‘我們所發(fā)現(xiàn)最有威力的抽象概念’?！?/p>

波函數(shù)不是真實(shí)的事物，這種想法早在20世紀(jì)30年代就出現(xiàn)了，那時(shí)量子力學(xué)創(chuàng)建者之一的尼爾斯·波爾在其文章中已經(jīng)這么說。他認(rèn)為量子理論僅僅是計(jì)算工具，即量子論只是“純符號性”的架構(gòu)而已，而波函數(shù)是工具的一部分。量子貝氏主義是第一個(gè)為波耳的主張找到數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的模型，它把量子理論與貝氏統(tǒng)計(jì)結(jié)合起來。貝氏統(tǒng)計(jì)是一門有200年歷史的統(tǒng)計(jì)學(xué)，這門學(xué)問把“概率”定義成某種類似“主觀信念”的事物。一旦新信息出現(xiàn)，我們的主觀信念也必須跟著更新。針對如何更新，貝氏統(tǒng)計(jì)定下了明確的數(shù)學(xué)規(guī)則。量子貝氏主義把波函數(shù)解釋成一種會依據(jù)貝氏統(tǒng)計(jì)規(guī)則來更新的主觀信念，如此一來，量子貝氏主義的鼓吹者相信神秘的量子力學(xué)吊詭就消失了。

以電子為例，每當(dāng)我們偵測到一個(gè)電子，就會發(fā)現(xiàn)它一定是位于某個(gè)位置；但是當(dāng)我們不去看它，則電子的波函數(shù)可能是散開的，代表了電子在某一時(shí)刻處于不同地方的可能性；如果我們再去看它，又會看到電子出現(xiàn)在某一個(gè)位置。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)說法，觀測促使波函數(shù)在一瞬間“崩陷”而集中于某一個(gè)位置之上。

空間各處的崩陷發(fā)生于同一時(shí)刻，這種情形似乎違背了“局域性原理”（即物體的任何改變一定是由其附近的另一物體所引起的），如此一來就會引發(fā)一些如愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”的困惑。

量子力學(xué)一誕生，物理學(xué)家就知道“波函數(shù)的崩陷”是這個(gè)理論深深困擾人的一項(xiàng)特點(diǎn)。這個(gè)令人不安的謎促使物理學(xué)家發(fā)展出各種量子力學(xué)的詮釋，但是都沒能完全成功。

然而量子貝氏主義說量子力學(xué)根本沒有任何詭異之處。波函數(shù)崩陷只是表示觀察者依據(jù)新信息，忽然且不連續(xù)地更新了他原先分配的概率，就好像醫(yī)生依據(jù)新的計(jì)算機(jī)斷層掃描結(jié)果，而修正了對癌癥病人病況的判斷。量子系統(tǒng)并沒有經(jīng)歷什么奇怪、不可解釋的變化，改變的是（觀察者選用的）波函數(shù)，波函數(shù)呈現(xiàn)的是觀察者個(gè)人的期待。

篇8

如果有人說，在物理世界中有一個(gè)百歲的“幽靈”，你會相信嗎？

一百多年前，愛因斯坦也曾一直為這個(gè)“幽靈”――量子理論產(chǎn)生的種種現(xiàn)象所困惑。

如今，愛因斯坦逝世已逾六十載，可謎團(tuán)仍未完全破解。因此，可以毫不夸張地說，量子理論就是這么一個(gè)“幽靈”。

在量子理論對世界的描述中，一個(gè)物體可以同時(shí)處于多個(gè)位置，粒子也可以無阻礙似地穿過障礙物，所有的物體都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，兩個(gè)分得很開的物體也可以進(jìn)行某種類似“精神性”的合作……

這些描述聽上去令人毛骨悚然，不可捉摸。難怪量子理論創(chuàng)立者之一的玻爾說過：“如果一個(gè)人沒有被量子力學(xué)所震驚，那么他就沒有真正懂得量子力學(xué)。”

什么是“量子”

“量子”不是一種粒子，它是一個(gè)能量的最小單位。所有的微觀粒子（包括分子、原子、電子、光子）都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。

眾所周知，世界是由微觀粒子組成的。因此從某種意義上來說，世界本身就是由量子組成的。在物理學(xué)中提到“量子”時(shí)，實(shí)際上指的是微觀世界的一種行為傾向：物質(zhì)或者說粒子的能量和其他一些性質(zhì)（統(tǒng)稱為可觀測物理量）都傾向于不連續(xù)的變化。

以光為例，我們說一個(gè)“光量子”，是因?yàn)橐粋€(gè)光量子的能量是光能量變化的最小單位，光的能量是以光量子的能量為單位一份一份地變化的。其他的粒子情況也是類似的，例如，在沒有被電離的原子中，繞核運(yùn)動(dòng)的電子的能量是“量子化”的，也就是說電子的能量只能取特定的離散的值。只有這樣，原子才能穩(wěn)定存在，我們才能解釋原子輻射的光譜。不僅能量，對于原子中的電子，角動(dòng)量也不再是連續(xù)變化的。

量子物理學(xué)告訴我們，電子繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí)也只能處在一些特定的運(yùn)動(dòng)模式上。在這些模式上，電子的角動(dòng)量分別具有特定的數(shù)值，介于這些模式之間的運(yùn)動(dòng)方式是極不穩(wěn)定的。即使電子暫時(shí)以其他的方式繞核運(yùn)動(dòng)，很快就必須回到特定運(yùn)動(dòng)模式上來。

實(shí)際上在量子物理學(xué)中，所有的物理量的值都可能必須不連續(xù)地、離散地變化。在上世紀(jì)初，物理學(xué)家馬克斯?普朗克最早猜測到微觀粒子的能量可能是不連續(xù)的。

出生于德國傳統(tǒng)保守家庭的普朗克從小受到良好的教育，雖然具有音樂天賦，十分迷戀音樂，但仍舊立志獻(xiàn)身于科學(xué)，研究物理。當(dāng)他去慕尼黑大學(xué)時(shí)，一位物理學(xué)教授曾勸說他不要學(xué)習(xí)物理，因?yàn)椤斑@門科學(xué)中的一切都已經(jīng)被研究過了，只有一些不重要的空白需要填補(bǔ)”。教授的一席話正代表了當(dāng)時(shí)大多數(shù)物理學(xué)家的心態(tài)。

然而執(zhí)著的普朗克卻表示：“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望能理解已經(jīng)存在的美麗的物理理論，或許能將其加深和發(fā)展那么一點(diǎn)點(diǎn)?！泵\(yùn)總是喜歡開玩笑。本來并未期望在物理研究中“發(fā)現(xiàn)新大陸”的普朗克，卻在不經(jīng)意間成為了量子力學(xué)的創(chuàng)始人。

當(dāng)時(shí)，解釋熱力學(xué)中的輻射問題，主要有瑞利-金斯定律和維恩位移定律，前者適用于低頻輻射，卻無法解釋高頻率下的測量結(jié)果；而維恩位移定律可以正確反映高頻率下的結(jié)果，但無法符合低頻率下的結(jié)果。

如何才能導(dǎo)出一個(gè)新的公式，使得高頻、低頻下都能符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？普朗克使用了一種巧妙新穎的方法：運(yùn)用玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)物理，把光當(dāng)成一個(gè)一個(gè)的諧振子。在他的假設(shè)中，既然輻射的是一個(gè)一個(gè)的諧振子，也就是說在黑體輻射時(shí)，能量就不是連續(xù)地，而是一份一份地發(fā)射出來的。

據(jù)此，普朗克導(dǎo)出了一個(gè)新公式，這個(gè)公式在頻率較小時(shí)自動(dòng)回到瑞利-金斯公式，在頻率較大時(shí)又自動(dòng)回到維恩公式。因此，新公式能在所有的頻率范圍與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍茲研究所的德國物理學(xué)會上，普朗克宣讀了關(guān)于這一結(jié)果的論文。而這一天也被物理學(xué)家們定為量子力學(xué)的誕生之日。

然而，這一發(fā)現(xiàn)并不是普朗克的初衷。作為一名傳統(tǒng)而保守的物理學(xué)家，他只是按照科學(xué)方法辦事，并未想要掀起一場革命，連他自己都不知道，自己已經(jīng)把量子這個(gè)“妖精”引進(jìn)了物理學(xué)。

普朗克有些后悔，認(rèn)為自己制造的這個(gè)量子“妖精”破壞了物理學(xué)的完美。他曾歷經(jīng)15年的時(shí)間，試圖尋求一種經(jīng)典物理方法來導(dǎo)出同樣的公式，解決黑體輻射問題，以便挽回“局面”。

然而，他沒有成功。直到1905年，26歲的愛因斯坦利用光量子的假說圓滿解釋了光電效應(yīng)；1913年，28歲的玻爾提出了量子化的原子結(jié)構(gòu)理論；1923年，31歲的德布羅意提出了德布羅意波；1925年，24歲的海森堡創(chuàng)立了矩陣力學(xué)；1926年，37歲的薛定諤建立了薛定諤方程……量子力學(xué)才逐漸羽翼豐滿，真正使人們看到了量子概念所閃現(xiàn)的耀眼光芒。

說一說“量子疊加”

量子有一個(gè)非常奇怪的特性――量子疊加。

什么是量子疊加？經(jīng)典事件里可以用某個(gè)物體的兩個(gè)狀態(tài)代表0或1，比如一只貓，或者是死，或者是活，但不能同時(shí)處于死和活的狀態(tài)中間。

但在量子世界，不僅有0和1的狀態(tài)，某些時(shí)候像原子、分子、光子可以同時(shí)處于0和1狀態(tài)相干的疊加。比如光子的偏振狀態(tài)，在真空中傳遞的時(shí)候，可以沿水平方向振動(dòng)，可以沿豎直方向振動(dòng)，也可以處于45°斜振動(dòng)，這個(gè)現(xiàn)象正是水平和豎直偏振兩個(gè)狀態(tài)的相干疊加。

這種所謂的量子相干疊加是量子世界與經(jīng)典世界的根本區(qū)別。

著名的“薛定諤貓”形象地描述了這個(gè)佯謬。在經(jīng)典世界里，貓要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的貓卻可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上。那么這只量子“薛定諤貓”到底是死的還是活的呢？

量子測量原理給出的答案是，如果你不去看這只貓，它既不是死的也不是活的！如果你去看這只貓，那么它也許是死的，也許是活的！

正因?yàn)橛辛孔盈B加狀態(tài)，才導(dǎo)致量子力學(xué)不確定原理，即如果事先不知道單個(gè)量子狀態(tài)，就不可能通過測量把狀態(tài)的信息完全讀??；不能讀取就不能復(fù)制。這是量子的兩個(gè)基本特性。

在量子疊加原理基礎(chǔ)之上，衍生出了量子的另一個(gè)奇妙特性，叫做“量子糾纏”。比方說，甲、乙兩人分處異地，兩人同時(shí)玩一個(gè)游戲――擲骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率隨機(jī)得到1到6結(jié)果中的某一個(gè)；同時(shí)，乙在另一地?cái)S骰子，盡管兩人每一次單邊結(jié)果都是隨機(jī)的，但每一次的結(jié)果卻是一模一樣的，就好像是雙胞胎心靈感應(yīng)一樣。這就是“量子糾纏”。

若兩個(gè)量子粒子處在特殊的狀態(tài)（俗稱“糾纏態(tài)”）中，不管其空間分離得多遠(yuǎn)，當(dāng)對其中一個(gè)粒子施行操作或測量，遠(yuǎn)處的另一個(gè)粒子狀態(tài)會瞬時(shí)地發(fā)生相應(yīng)的改變，愛因斯坦稱這個(gè)現(xiàn)象為“幽靈般的超距作用”。當(dāng)時(shí)，愛因斯坦認(rèn)為，怎么會允許兩個(gè)客體在遙遠(yuǎn)的兩地之間有這種詭異的互動(dòng)呢？據(jù)此，他質(zhì)疑量子理論的完備性。

1982年，法國物理學(xué)家Alain Aspect和他的小組證實(shí)了“量子糾纏”的超距作用確實(shí)存在。

但直到2015年，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)物理學(xué)家Ronald Hanson領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)被他們稱之為“無漏洞貝爾測試”的實(shí)驗(yàn)，“幽靈般的超距作用”才得到比較嚴(yán)格的驗(yàn)證。

有了量子糾纏，量子隱形傳輸?shù)母拍畋愫糁觥?/p>

通俗來講，量子隱形傳輸是將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。由于量子力學(xué)的不確定原理和量子態(tài)不可克隆原理，限制我們將原量子態(tài)的所有信息精確地全部提取出來。因此必須將原量子態(tài)的所有信息分為經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別由經(jīng)典通道和量子通道送到乙地。根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。

1997年，在奧地利留學(xué)的中國青年學(xué)者潘建偉與荷蘭學(xué)者波密斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。這是國際首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。

量子也可以“接地氣”

多年來，科學(xué)家們努力運(yùn)用量子世界種種奇異的性質(zhì)開拓出適用于經(jīng)典世界的新技術(shù)，將向來被公眾認(rèn)為高深莫測“詭異”的量子物理從云端落地到人世間，服務(wù)社會大眾。

其實(shí)，量子理論是一門非常實(shí)用的學(xué)科。

早在第二次世界大戰(zhàn)之前，它的原理就已經(jīng)被運(yùn)用于分析金屬和半導(dǎo)體的電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。戰(zhàn)后，晶體管和激光器這兩個(gè)運(yùn)用量子理論原理且廣為人知的裝置，更是極大地推動(dòng)了信息革命的發(fā)展。

到本世紀(jì)初，在我們的周圍隨處可見直接或間接運(yùn)用量子理論的技術(shù)和裝置。從常見的CD唱片機(jī)到龐大的現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)、從無水涂料到激光制動(dòng)車閘、從醫(yī)院的核磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術(shù)已經(jīng)滲透到我們的生活中。

另外，計(jì)算能力的飛躍也是量子理論的重要應(yīng)用之一。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)中，每個(gè)比特都只有0和1這兩種狀態(tài)。但在量子計(jì)算中，每個(gè)比特可以處在0和1的疊加狀態(tài)，一旦操縱的量子數(shù)目增多，它就會以指數(shù)增長的形式來提升運(yùn)算速度，有并行運(yùn)算的能力。

比如，利用萬億次經(jīng)典計(jì)算機(jī)分解300位的大數(shù)需要15萬年，利用萬億次量子計(jì)算機(jī)，只需要1秒。同樣，在大數(shù)據(jù)和人工智能里，求解一個(gè)億億億變量的方程組，利用目前最快的億億次“天河二號”計(jì)算機(jī)大概需要100年左右，但是如果利用萬億次的量子計(jì)算機(jī)，只需要0.01秒。

量子計(jì)算的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以解決大規(guī)模的計(jì)算機(jī)難題，破解經(jīng)典密碼，進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、金融分析、石油勘探，而且還能揭示新能源新材料、高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等復(fù)雜的物理機(jī)制。不過，量子糾纏“分身術(shù)”的特性有一個(gè)更為直接的應(yīng)用，便是量子保密通信。

現(xiàn)在被認(rèn)為最安全的信息傳遞方式是光纖通訊。光纜能把所有的光能限制在光纖里，外面得不到能量，所以這個(gè)傳輸被認(rèn)為是安全的。但隨著科技發(fā)展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分能量，我們就能夠竊聽光纜傳遞的信號。

這是因?yàn)榻?jīng)典通信的信號只有0和1，發(fā)生竊聽時(shí)，這兩種信號不會被擾動(dòng)。比方說，兩人打電話時(shí)，他人可通過竊聽器從通信線路中的上千萬個(gè)電子中分出一些電子，使其進(jìn)入另一根線路，從而實(shí)現(xiàn)竊聽，而通話者無法察覺?！袄忡R門”等事件的曝光便是最好的例證。

而量子通信則完全不會出現(xiàn)這個(gè)問題，這是因?yàn)槠涿荑€具有不可復(fù)制性和絕對安全性。一旦有人竊取密鑰，整個(gè)通信信息就會“自毀”并告知使用者。比如，甲、乙二人要進(jìn)行安全通信，甲發(fā)出的光子信息狀態(tài)有水平、豎直、45°等，假設(shè)有人竊聽，由于光子不可分割，首先竊聽者根本無法分割出“半個(gè)光子”；其次，因?yàn)閱未螠y量測不準(zhǔn)、不可克隆的量子態(tài)特性，竊聽者無法復(fù)制信息；倘若竊聽者截獲光子，乙就收不到信息，也就不存在竊聽。

篇9

【關(guān)鏈詞】計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢 新型計(jì)算機(jī)

一、 前言

計(jì)算機(jī)的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)誕生以來，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計(jì)算機(jī)發(fā)展的突破口，新型計(jì)算機(jī)的研發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。未來量子、光子和分子計(jì)算機(jī)將具有感知、思考、判斷、學(xué)習(xí)以及一定的自然語言能力，使計(jì)算機(jī)進(jìn)人人工智能時(shí)代。這種新型計(jì)算機(jī)將推動(dòng)新一輪計(jì)算技術(shù)革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、智能化的超級計(jì)算機(jī)

超高速計(jì)算機(jī)采用平行處理技術(shù)改進(jìn)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行多條指令或同時(shí)對多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。超級計(jì)算機(jī)通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機(jī))組成，能完成普通計(jì)算機(jī)和服務(wù)器不能計(jì)算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級計(jì)算機(jī)獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域高精尖項(xiàng)目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計(jì)算機(jī)接近于復(fù)制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學(xué)習(xí)和工作。世界上最受歡迎的動(dòng)畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計(jì)算機(jī)上完成的。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運(yùn)算1萬億次的超級計(jì)算機(jī)的國家，超級計(jì)算機(jī)已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。

三、新型高性能計(jì)算機(jī)問世

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時(shí)，也意味看硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、分子計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)等，將會在二十一世紀(jì)走進(jìn)我們的生活，遍布各個(gè)領(lǐng)域。

1.量子計(jì)算機(jī)

量子計(jì)算機(jī)的概念源于對可逆計(jì)算機(jī)的研究，量子計(jì)算機(jī)是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計(jì)算機(jī)是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動(dòng).從而進(jìn)行運(yùn)算。量子計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個(gè)量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個(gè)量子位可以存儲2個(gè)數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計(jì)算機(jī)的存儲量比通常計(jì)算機(jī)大許多。同時(shí)量子計(jì)算機(jī)能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏?jì)算，其運(yùn)算速度可能比目前計(jì)算機(jī)的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計(jì)算機(jī)還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。

無論是量子并行計(jì)算還是量子模擬計(jì)算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實(shí)驗(yàn)室正在以巨大的熱情追尋著這個(gè)夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點(diǎn)操縱、超導(dǎo)量子干涉等。量子編碼采用糾錯(cuò)、避錯(cuò)和防錯(cuò)等。量子計(jì)算機(jī)使計(jì)算的概念煥然一新。

2.光子計(jì)算機(jī)

光子計(jì)算機(jī)是利用光子取代電子進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算、傳翰和存儲。光子計(jì)算機(jī)即全光數(shù)字計(jì)算機(jī)，以光子代替電子，光互連代替導(dǎo)線互連，光硬件代替計(jì)算機(jī)中的電子硬件，光運(yùn)算代替電運(yùn)算。在光子計(jì)算機(jī)中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復(fù)雜度高、計(jì)算量大的任務(wù)實(shí)現(xiàn)快速地并行處理。光子計(jì)算機(jī)將使運(yùn)算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.分子計(jì)算機(jī)

分子計(jì)算機(jī)體積小、耗電少、運(yùn)算快、存儲量大。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進(jìn)行組織排列。分子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學(xué)介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計(jì)算機(jī)具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機(jī)體中運(yùn)行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動(dòng)機(jī)模型、仿生算法、分子化學(xué)反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。分子計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計(jì)算機(jī)分子電路的基礎(chǔ)元器件，可在光照幾萬分之一秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學(xué)家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計(jì)算機(jī)。預(yù)計(jì)20年后，分子計(jì)算機(jī)將進(jìn)人實(shí)用階段。

4.納米計(jì)算機(jī)

納米計(jì)算機(jī)是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計(jì)算機(jī)。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅(jiān)固，有著極強(qiáng)的導(dǎo)電性，能代替硅芯片制造計(jì)算機(jī)?！凹{米”是一個(gè)計(jì)量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀(jì)80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標(biāo)是人類按照自己的意志直接操縱單個(gè)原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機(jī)械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個(gè)原子大小，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計(jì)算機(jī)不僅幾乎不需要耗費(fèi)任何能源，而且其性能要比今天的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測，10年后納米技術(shù)將會走出實(shí)驗(yàn)室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計(jì)算機(jī)體積小、造價(jià)低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計(jì)算機(jī)，推動(dòng)計(jì)算機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展。

我們相信，新型計(jì)算機(jī)與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，是二十一世紀(jì)科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，必將推進(jìn)全球經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?？茖W(xué)在發(fā)展，人類在進(jìn)步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個(gè)從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學(xué)家們的不斷努力，未來的計(jì)算機(jī)一定會是更加方便人們的工作、學(xué)習(xí)、生活的好伴侶。

參考文獻(xiàn)：

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[4]官自強(qiáng).納米科技與計(jì)算機(jī)技術(shù).現(xiàn)代物理知識，2003，(15).

篇10

在全球的量子通信競賽中，中國雖然并不是起步最早的，但是在中國科學(xué)院院士潘建偉等眾多人的不懈努力下，中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，并成為首個(gè)將量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星送入太空的國家。

早在數(shù)年前，星地量子通信的中國夢已引發(fā)了世界的關(guān)注。

2012年8月9日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面標(biāo)題形式發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究成果：他們在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。

這一成果不僅刷新世界紀(jì)錄，有望成為遠(yuǎn)距離量子通信的“里程碑”，而且為發(fā)射全球首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點(diǎn)”。

同年12月6日，《自然》雜志為該成果專門撰寫了長篇新聞特稿《數(shù)據(jù)隱形傳輸：量子太空競賽》，詳細(xì)報(bào)道了這場激烈的量子太空競賽。

建立“量子互聯(lián)網(wǎng)”

2009年，潘建偉和他的中國科大物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)從位于北京北部丘陵的長城附近的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，將激光瞄準(zhǔn)了16公里之外的屋頂上的探測器，然后利用激光光子的量子特性將信息“瞬移”過去。

這個(gè)距離刷新了當(dāng)時(shí)量子隱形傳態(tài)的世界紀(jì)錄，他們朝著團(tuán)隊(duì)的終極目標(biāo)――將光子信息隱形傳送到衛(wèi)星上――邁進(jìn)了重要的一步。

如果這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，將會建立起“量子互聯(lián)網(wǎng)”的第一個(gè)鏈接，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)將是運(yùn)用亞原子尺度物理規(guī)律創(chuàng)建的一個(gè)超級安全的全球通信網(wǎng)絡(luò)。這也證實(shí)了中國在量子領(lǐng)域的不斷崛起，從十幾年前并不起眼的角色發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅。

2016年，中國領(lǐng)先歐洲和北美，發(fā)射了一顆致力于量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)的衛(wèi)星。

這為物理學(xué)家提供了一個(gè)測試量子理論基礎(chǔ)，以及探索如何融合量子理論與廣義相對論（是愛因斯坦關(guān)于空間、時(shí)間和引力所提出的截然不同的理論）的全新平臺。

這也標(biāo)志著潘建偉與維也納大學(xué)物理學(xué)家Anton Zeilinger之間的友誼（雖然存在激烈競爭）達(dá)到高峰。

Zeilinger曾是潘建偉的博士生導(dǎo)師；之后的七年，二人在遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)研究的賽跑中棋逢對手；此后他們又建立了合作關(guān)系。衛(wèi)星發(fā)射成功之后，兩位物理學(xué)家將創(chuàng)建第一個(gè)洲際量子加密網(wǎng)絡(luò)，通過衛(wèi)星連接亞洲和歐洲。

“我們有句老話，一日為師終身為父，”潘建偉說，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他當(dāng)作我尊敬的長輩?！?/p>

迅速崛起

2001年，潘建偉建立了中國第一個(gè)光量子操縱實(shí)驗(yàn)室；2003年，他提出了量子衛(wèi)星計(jì)劃。那時(shí)的他才30歲出頭。2011年，41歲的潘建偉成為當(dāng)時(shí)最年輕的中科院院士。

潘建偉小組的成員陳宇翱說：“他幾乎單槍匹馬地把這個(gè)項(xiàng)目推進(jìn)下去，并使中國在量子領(lǐng)域有了立足之地?！?/p>

潘建偉為何有如此動(dòng)力？這要追溯到上世紀(jì)80年代后期他在中國科大的本科讀書經(jīng)歷。

那時(shí)，他第一次接觸到了原子領(lǐng)域一些“奇怪”的概念。微觀客體可以處于多個(gè)狀態(tài)的迭加態(tài)：例如，一個(gè)粒子可以同時(shí)處在順時(shí)針自旋狀態(tài)和逆時(shí)針自旋狀態(tài)，或者可以同時(shí)存在于兩個(gè)地方。這種多重的個(gè)性在數(shù)學(xué)上用波函數(shù)來描述，波函數(shù)給出了粒子處于每個(gè)狀態(tài)的概率。只有在粒子的某一特性被測量時(shí)，波函數(shù)才會坍塌，相應(yīng)的粒子才會處于一個(gè)確定地點(diǎn)的確定狀態(tài)。至關(guān)重要的是，即使在原則上都無法預(yù)言單次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，粒子處于每個(gè)狀態(tài)的概率僅表現(xiàn)為一個(gè)統(tǒng)計(jì)分布，并且只有通過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)才能得到。

由于量子糾纏的特性，當(dāng)考慮兩個(gè)或更多個(gè)粒子時(shí)，情況變得更加“古怪”了。多粒子系統(tǒng)可以被制備到某種狀態(tài)：即使粒子間距離遙遠(yuǎn)，即使粒子的物理性質(zhì)僅當(dāng)其被測量時(shí)才會存在確定的值，對于每個(gè)粒子某個(gè)物理性質(zhì)的測量結(jié)果之間總是會存在某種關(guān)聯(lián)性。

這種怪異性就好比分別位于維也納和北京的兩位物理學(xué)家同時(shí)擲硬幣，他們會發(fā)現(xiàn)每次結(jié)果都是正面朝上，或者都是反面朝上。

“我對這些奇怪的量子特性感到著迷。”潘建偉說，“它們幾乎使我無法分心去學(xué)習(xí)其它東西?！彼腧?yàn)證這些不可思議的理論，但是在當(dāng)時(shí)的中國，他找不到合適的量子物理實(shí)驗(yàn)室。

20世紀(jì)90年代中期，Zeilinger在奧地利因斯布魯克大學(xué)建立了自己的量子實(shí)驗(yàn)室，并且需要一名學(xué)生來檢驗(yàn)他的一些實(shí)驗(yàn)猜想。潘建偉認(rèn)為這是一個(gè)理想的選擇。于是，與大多數(shù)中國學(xué)生的選擇不同，潘建偉來到奧地利師從Zeilinger，與Zeilinger開始了一段決定二人此后二十年間事業(yè)上并駕齊驅(qū)的關(guān)系。

當(dāng)潘建偉在Zeilinger實(shí)驗(yàn)室施展他的專業(yè)才華時(shí)，世界各地的物理學(xué)家開始慢慢認(rèn)識到，曾令潘建偉著迷的、深?yuàn)W難懂的量子特性可以被用來創(chuàng)造比如量子計(jì)算機(jī)。

由于一個(gè)量子比特可以同時(shí)存在于0和1的疊加，它可能會建立起更快、更強(qiáng)大、能夠?qū)⒍鄠€(gè)量子比特糾纏起來的量子計(jì)算機(jī)，并能以驚人的速度并行執(zhí)行某些運(yùn)算。

另一個(gè)新興的概念是極度安全的量子加密，可應(yīng)用在比如銀行交易等方面。其中的關(guān)鍵是測量一個(gè)量子系統(tǒng)會不可避免地破壞這個(gè)系統(tǒng)。因此，發(fā)報(bào)方（通常稱為“Alice”）和信息的接收方（通常稱為“Bob”）兩個(gè)人能夠產(chǎn)生并共享一套量子密鑰，其安全性在于來自竊聽者的任何干擾都會留下痕跡。

2001年，潘建偉回到中國的時(shí)候，量子技術(shù)的潛力已經(jīng)得到公認(rèn)，并吸引了中國科學(xué)院和中國國家自然科學(xué)基金委員會的財(cái)政支持。

“幸運(yùn)的是，2000年中國的經(jīng)濟(jì)開始增長，因此當(dāng)時(shí)立即迎來了從事科研工作的好時(shí)機(jī)。”潘建偉說。他全身心投入到了夢想中的實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)當(dāng)中。與此同時(shí)，在奧地利，Zeilinger轉(zhuǎn)到維也納大學(xué)。在那里，因?yàn)樗倪h(yuǎn)見卓識，Zeilinger繼續(xù)創(chuàng)造著量子紀(jì)錄。他最著名的實(shí)驗(yàn)之一表明，巴基球（含有60個(gè)碳原子的富勒烯分子）可以表現(xiàn)出波粒二象性，這是一個(gè)奇特的量子效應(yīng)，很多人曾認(rèn)為在如此大的分子中不可能存在這種效應(yīng)。

“每個(gè)人都在談?wù)摽梢杂眯〉碾p原子分子來嘗試一下這個(gè)實(shí)驗(yàn)?！盳eilinger回憶說，“我說，‘不，伙伴們，不要只是思考前面的一兩步，請思考一下我們?nèi)绾文軐?shí)現(xiàn)一個(gè)超出所有人想象的大跳躍?！?/p>

這使潘建偉深受教益。世界各地的物理學(xué)家們開始構(gòu)思，如何利用尚未實(shí)現(xiàn)的量子計(jì)算機(jī)來連接未來的量子互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)大多數(shù)人仍滿足于在實(shí)驗(yàn)臺上安全地得到量子信息時(shí)，潘建偉已經(jīng)開始思考如何能夠在太空中實(shí)現(xiàn)信息的隱形傳送。

紐約IBM的計(jì)算機(jī)科學(xué)家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隱形傳態(tài)”的概念，之所以有此名稱，陳宇翱說：它就像來自于《星際旅行》一樣，它使得關(guān)于一個(gè)量子客體的全部信息在某個(gè)地點(diǎn)被掃描輸入，并在一個(gè)新的地點(diǎn)重構(gòu)出來。這其中的關(guān)鍵就是糾纏：因?yàn)閷μ幱诩m纏態(tài)的其中一個(gè)粒子的操作會影響到另一個(gè)粒子。不管兩個(gè)粒子距離多遠(yuǎn)，它們可以像一條量子電話線兩端的電話機(jī)那樣控，在兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)的地點(diǎn)之間傳送量子信息。

當(dāng)同時(shí)產(chǎn)生的糾纏粒子被發(fā)送到電話線連接的兩端時(shí)，問題就出現(xiàn)了。傳遞過程中充滿著噪音、散射相互作用和各種形式的其它干擾，任何一種干擾都會破壞隱形傳態(tài)所必需的精巧的量子關(guān)聯(lián)。例如，目前糾纏光子是通過光纖傳輸，但是光纖會吸收光，這使得光子的傳輸距離僅限于幾百公里。標(biāo)準(zhǔn)的放大器起不到作用，因?yàn)榉糯筮^程會破壞量子信息。陳宇翱說：“要在城域距離之外實(shí)現(xiàn)隱形傳態(tài)，我們需要衛(wèi)星的幫助?！?/p>

但是當(dāng)光子通過地球湍流的大氣層一直向上，到達(dá)幾百公里的衛(wèi)星時(shí)，糾纏會不會繼續(xù)保持？為了回答這個(gè)問題，潘建偉的研究團(tuán)隊(duì)于2005年開展了晴空下傳輸距離不斷擴(kuò)大的地基可行性實(shí)驗(yàn)，探究光子與空氣分子發(fā)生碰撞后能否繼續(xù)維持糾纏性質(zhì)。但他們還需要建立一個(gè)靶標(biāo)探測器，這個(gè)探測器必須小到能夠裝配到衛(wèi)星上，并且靈敏度必須足以從背景光中篩選出被傳送的光子，而且還得保證，他們可以將光子束足夠聚焦，讓其能夠打到探測器。

這個(gè)工作激起了Zeilinger的競爭意識?！爸袊嗽谧隽?，因此我們想，為什么我們不試試呢？一些友好的競爭總是好的?！?/p>

競爭促使光子傳輸距離的世界紀(jì)錄不斷被刷新。在接下來的七年中，中國的研究團(tuán)隊(duì)通過在合肥、北京長城以及在青海開展的一系列實(shí)驗(yàn)，將隱形傳態(tài)的距離越推越遠(yuǎn)，直到它超過97公里。

2012年5月，他們將成果張貼在物理預(yù)印本服務(wù)器ArXiv上。這讓奧地利團(tuán)隊(duì)十分懊惱，因?yàn)樗麄冋谧珜懺诩幽抢簫u之間隱形傳態(tài)光子的實(shí)驗(yàn)論文。

8天后，他們在ArXiv上貼出了論文，報(bào)道他們的隱形傳態(tài)取得了143公里的新紀(jì)錄。兩篇文章最終先后發(fā)表在《自然》雜志上。

“我認(rèn)為這可以表明一個(gè)事實(shí)，即每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有不同以及互補(bǔ)的價(jià)值?！本S也納大學(xué)物理學(xué)家、奧地利團(tuán)隊(duì)成員馬曉松說。

在自由空間量子通信領(lǐng)域，中國團(tuán)隊(duì)和奧地利團(tuán)隊(duì)之間不斷競爭，從糾纏光子的分發(fā)到量子隱形傳態(tài)，創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)的里程碑。

兩支團(tuán)隊(duì)都認(rèn)為，向衛(wèi)星進(jìn)行隱形傳態(tài)在科學(xué)原理上已不存在問題。他們亟需的是一顆衛(wèi)星來裝載功能齊備的有效載荷設(shè)備，開展相關(guān)的量子實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。Zeilinger的研究組一直在與歐洲空間局（ESA）商討建立量子衛(wèi)星計(jì)劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。

Zeilinger說：“它的運(yùn)行機(jī)制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”一方面是歐空局的猶豫，另一方面中國國家航天局緊抓機(jī)會，得以擴(kuò)大領(lǐng)先優(yōu)勢。在此當(dāng)中，潘建偉起到了決定性的推進(jìn)作用。“量子衛(wèi)星”的發(fā)射使得潘建偉在量子空間競賽中處于領(lǐng)先地位，他的研究團(tuán)隊(duì)將著手開展大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

成功的關(guān)鍵

如果沒有通信對象，開發(fā)全球首個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)就失去了意義。因此，潘建偉邀請他從前的競爭對手加入這個(gè)項(xiàng)目。他們的第一個(gè)共同目標(biāo)是在北京和維也納之間生成和共享一個(gè)安全的量子密鑰。

“總之，任何一個(gè)小組都無法獨(dú)立完成向衛(wèi)星隱形傳態(tài)這一極其艱巨的任務(wù)?！瘪R曉松說。盡管政府的主要興趣在于它可以推進(jìn)技術(shù)前沿，但許多物理學(xué)家對這個(gè)衛(wèi)星項(xiàng)目如此著迷卻是因?yàn)槠渌??！白鳛橐幻茖W(xué)家，驅(qū)使我不斷前行的動(dòng)力在于進(jìn)一步探尋物理學(xué)的基礎(chǔ)?！标愑畎勘硎?。

迄今為止，量子理論的奇妙之處在實(shí)驗(yàn)室里被不斷重復(fù)檢驗(yàn)，但這些檢驗(yàn)卻從未在太空尺度中進(jìn)行過。而且有理論認(rèn)為，如果量子理論可能會在某處遭遇挑戰(zhàn)，那必然是太空。大尺度是由另一個(gè)基本物理理論所掌控：廣義相對論。相對論將時(shí)間作為另一種維度與三維空間交織，從而創(chuàng)造一個(gè)四維時(shí)空結(jié)構(gòu)，包括宇宙。在巨大的物體如太陽周圍，這種可塑結(jié)構(gòu)將發(fā)生彎曲，表現(xiàn)為引力，引力將較小質(zhì)量的物體如行星拉向巨大物體。

目前的挑戰(zhàn)是，量子理論和廣義相對論對時(shí)空概念有著完全不同的理解，物理學(xué)家們一直致力于將它們?nèi)谌胍粋€(gè)統(tǒng)一的量子引力理論框架。在愛因斯坦的繪景里，即使在無窮小尺度上，時(shí)空都是完全光滑的。然而，量子不確定性卻意味著不可能在如此小的距離上測量空間性質(zhì)。目前尚不清楚是量子理論還是廣義相對論需要進(jìn)行修正，抑或二者都要進(jìn)行修正。

而衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)可以幫助測試量子理論的規(guī)則在引力牽引不能被忽略的尺度上是否仍然適用。

一個(gè)明顯的問題是，量子糾纏是否可以延伸到地球和衛(wèi)星之間。為了回答這個(gè)問題，研究組計(jì)劃在衛(wèi)星上制備一系列糾纏粒子對，將每對中的兩個(gè)粒子分別發(fā)送到兩個(gè)地面站，然后測量兩個(gè)粒子的性質(zhì)以驗(yàn)證它們是否仍然存在關(guān)聯(lián)――而且設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

“如果糾纏不再存在，我們就不得不尋找另一種理論來代替量子理論?！毖芯肯蛐l(wèi)星進(jìn)行隱形傳態(tài)方案的瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)理論物理學(xué)家Nicolas Brunner說。

該衛(wèi)星還可更進(jìn)一步，檢驗(yàn)一些候選的量子引力理論對時(shí)空結(jié)構(gòu)的預(yù)言。比如，所有這些理論都預(yù)測，如果科學(xué)家能以某種方式在10～35米（即普朗克長度）這一尺度觀測，空間、時(shí)間將呈現(xiàn)為顆粒狀。如果事實(shí)確實(shí)如此，那么光子從衛(wèi)星沿著這條顆粒感的道路的穿梭將會輕微減速，而且偏振方向?qū)⒂幸粋€(gè)微小、隨機(jī)的偏轉(zhuǎn)――這些效應(yīng)應(yīng)該足以被地面站記錄下來。

“衛(wèi)星將開啟一個(gè)真正全新的窗口，通往一個(gè)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家此前從未涉足過的領(lǐng)域，這非常神奇?！眮碜砸獯罄_馬薩皮恩扎大學(xué)的物理學(xué)家Giovanni Amelino-Camelia說。