第二次量子革命要干什么?主要有这两件事情要做

2024-05-14

1. 第二次量子革命要干什么?主要有这两件事情要做

激光通信
量子力学是人类迄今最成功的理论,此理论衍生出诸如激光(光通信,互联网)、半导体(电脑,手机……),核能等,是造福于人类一个世纪的先进技术。但自量子论诞生一百多年来,科学家关于量子世界的奥秘却一直争论不休,迄今仍不知其答案。

手机电脑
量子力学的第一个百年(第一次革命)人们主要只做一件事,求解薛定谔方程,并取得辉煌成果,研制成功激光、晶体管等新型器件,将人类社会引进繁荣的信息时代。这一百年,人们只能问量子力学能让我们“做什么”,而不去问“为什么”。

核能
量子信息的诞生打破了这个沉寂的僵局,因为量子信息领域涌现出许多新的物理概念,例如:纠缠、量子关联、非局域性……;同时研发出新的实验方法和工具,提供研究量子世界奥秘的新工具,点燃了量子力学的第二次革命。国际著名刊物《自然·物理》2014年发表编辑部纪念贝尔定理五十周年的评论,指出:将揭开“量子谜团”!

文见Nature 510, 312 (2014)
那么第二次量子革命究竟要干什么,这里有两件事要做——其一是继续“做什么”;其二是追问“为什么”。
第一次量子革命只是基于量子力学的原理开发出新型的经典器件(激光、半导体、电脑、手机……)造福于人类,这些器件遵从经典物理规律。
第二次量子革命则是直接开发基于量子特性本身的量子器件,这些器件遵从量子力学规律,它以量子态(量子比特)为单元,信息的产生、传输、存储、处理、操控等全都基于量子力学规律,是地道的量子器件,称为量子信息技术。其信息功能远远超越相应的经典器件,能突破现有信息技术的物理极限,在信息处理速度、信息安全、信息容量、信息检测等方面将发挥极大的作用,这种崭新的技术将给人类社会带来翻天覆地的变化。
目前正在开发的主要量子信息器件和技术,有量子计算、量子密码、量子网络、量子模拟、量子传感等,这些量子器件和技术的物理基础直接应用到量子世界的特性,如量子态叠加性,量子非局域性,量子不可克隆性等。第二次量子革命“做什么”就是开发基于量子特性的量子器件,促使人类从经典技术跨越到量子技术的新时代。
第二次量子革命要做的另一件事,是追问“为什么”。主要聚焦在下列两个方面:
l 量子世界的奥秘
l 量子世界与经典世界的兼容

量子世界当前科学界关注的热点问题有如下几个方面:
1.量子世界与经典世界的界限问题(薛定谔猫佯谬)
经典世界和量子世界遵循着不同的物理规律。现实世界中宏观物质(经典)由原子、电子等微观粒子所构成。后者是量子世界,两者和谐于同一个客体中,那么,经典世界和量子世界的界限在哪里?更具体的问题是:薛定谔的猫态在何处不再存在?在量子世界和经典世界的边界附近是否有新的物理?当前,实验物理学家正在努力制备更大的宏观叠加态,以期对这一问题进行深入研究。
2.量子测量问题
量子测量是量子力学基础的核心问题之一。量子力学的哥本哈根解释中,量子测量包含一个波包塌缩的过程,这个塌缩过程无法由量子动力学过程来描述。这就使得整个的量子力学需要有两个不同的过程:幺正演化和波包塌缩,这是不可接受的。更大的问题在于,对于这个塌缩过程人们知之甚微。为此,物理学家们尝试了各种能将波包塌缩过程去掉的量子测量理论,比如消相干理论,多世界理论等,然而到现在为止,人们仍未能找到一种令人满意的量子测量理论。
3.隐变量和非局域问题
量子力学测量结果的随机性也是人们对量子力学不满意的重要原因之一。为消除随机性,人们尝试了不同的隐变量理论,比如,贝尔的局域隐变量理论和玻姆的导引波隐变量理论。人们已经发现局域隐变量理论与量子力学是不相容的,这说明量子力学是非定域的。那么,量子力学和非定域的隐变量理论(如玻姆力学)哪个才是微观世界更基本的理论呢?物理学家们正在设计实验来区分和检验量子力学与非局域隐变量理论。
4.量子力学与因果律

5.量子力学与相对论的融合
量子力学和相对论是近代物理最重要的两大支柱。然而,这两大支柱之间的融合却是当今物理学最大的困难。量子信息理论的发展为这两个理论的融合提供了契机。新的研究发现量子纠缠在空间几何化中可能起着关键性的作用,量子纠缠可能是空间的起源。基于这一新的思路,物理学家们正在研究量子力学和相对论的融合问题,而且很有可能取得突破。

2015年5月,郭光灿院士在安徽合肥发起举办了首届“量子力学二次革命”论坛
出品:科普中国
制作:中国科学技术大学 郭光灿 中国科普博览
监制:中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

第二次量子革命要干什么?主要有这两件事情要做

2. 第二次量子革命要干什么?主要有这两件事情要做

激光通信
量子力学是人类迄今最成功的理论,此理论衍生出诸如激光(光通信,互联网)、半导体(电脑,手机……),核能等,是造福于人类一个世纪的先进技术。但自量子论诞生一百多年来,科学家关于量子世界的奥秘却一直争论不休,迄今仍不知其答案。

手机电脑
量子力学的第一个百年(第一次革命)人们主要只做一件事,求解薛定谔方程,并取得辉煌成果,研制成功激光、晶体管等新型器件,将人类社会引进繁荣的信息时代。这一百年,人们只能问量子力学能让我们“做什么”,而不去问“为什么”。

核能
量子信息的诞生打破了这个沉寂的僵局,因为量子信息领域涌现出许多新的物理概念,例如:纠缠、量子关联、非局域性……;同时研发出新的实验方法和工具,提供研究量子世界奥秘的新工具,点燃了量子力学的第二次革命。国际著名刊物《自然·物理》2014年发表编辑部纪念贝尔定理五十周年的评论,指出:将揭开“量子谜团”!

文见Nature 510, 312 (2014)
那么第二次量子革命究竟要干什么,这里有两件事要做——其一是继续“做什么”;其二是追问“为什么”。
第一次量子革命只是基于量子力学的原理开发出新型的经典器件(激光、半导体、电脑、手机……)造福于人类,这些器件遵从经典物理规律。
第二次量子革命则是直接开发基于量子特性本身的量子器件,这些器件遵从量子力学规律,它以量子态(量子比特)为单元,信息的产生、传输、存储、处理、操控等全都基于量子力学规律,是地道的量子器件,称为量子信息技术。其信息功能远远超越相应的经典器件,能突破现有信息技术的物理极限,在信息处理速度、信息安全、信息容量、信息检测等方面将发挥极大的作用,这种崭新的技术将给人类社会带来翻天覆地的变化。
目前正在开发的主要量子信息器件和技术,有量子计算、量子密码、量子网络、量子模拟、量子传感等,这些量子器件和技术的物理基础直接应用到量子世界的特性,如量子态叠加性,量子非局域性,量子不可克隆性等。第二次量子革命“做什么”就是开发基于量子特性的量子器件,促使人类从经典技术跨越到量子技术的新时代。
第二次量子革命要做的另一件事,是追问“为什么”。主要聚焦在下列两个方面:
l 量子世界的奥秘
l 量子世界与经典世界的兼容

量子世界当前科学界关注的热点问题有如下几个方面:
1.量子世界与经典世界的界限问题(薛定谔猫佯谬)
经典世界和量子世界遵循着不同的物理规律。现实世界中宏观物质(经典)由原子、电子等微观粒子所构成。后者是量子世界,两者和谐于同一个客体中,那么,经典世界和量子世界的界限在哪里?更具体的问题是:薛定谔的猫态在何处不再存在?在量子世界和经典世界的边界附近是否有新的物理?当前,实验物理学家正在努力制备更大的宏观叠加态,以期对这一问题进行深入研究。
2.量子测量问题
量子测量是量子力学基础的核心问题之一。量子力学的哥本哈根解释中,量子测量包含一个波包塌缩的过程,这个塌缩过程无法由量子动力学过程来描述。这就使得整个的量子力学需要有两个不同的过程:幺正演化和波包塌缩,这是不可接受的。更大的问题在于,对于这个塌缩过程人们知之甚微。为此,物理学家们尝试了各种能将波包塌缩过程去掉的量子测量理论,比如消相干理论,多世界理论等,然而到现在为止,人们仍未能找到一种令人满意的量子测量理论。
3.隐变量和非局域问题
量子力学测量结果的随机性也是人们对量子力学不满意的重要原因之一。为消除随机性,人们尝试了不同的隐变量理论,比如,贝尔的局域隐变量理论和玻姆的导引波隐变量理论。人们已经发现局域隐变量理论与量子力学是不相容的,这说明量子力学是非定域的。那么,量子力学和非定域的隐变量理论(如玻姆力学)哪个才是微观世界更基本的理论呢?物理学家们正在设计实验来区分和检验量子力学与非局域隐变量理论。
4.量子力学与因果律

5.量子力学与相对论的融合
量子力学和相对论是近代物理最重要的两大支柱。然而,这两大支柱之间的融合却是当今物理学最大的困难。量子信息理论的发展为这两个理论的融合提供了契机。新的研究发现量子纠缠在空间几何化中可能起着关键性的作用,量子纠缠可能是空间的起源。基于这一新的思路,物理学家们正在研究量子力学和相对论的融合问题,而且很有可能取得突破。

2015年5月,郭光灿院士在安徽合肥发起举办了首届“量子力学二次革命”论坛
出品:科普中国
制作:中国科学技术大学 郭光灿 中国科普博览
监制:中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品,转载请注明出处。

3. 量子的概念最早由谁提出

1900年普朗克首次提出“量子论”。1900年德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。1900年12月14日,普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,提出了著名的“普朗克公式”,这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样,对物理学产生了深远的影响。【摘要】
量子的概念最早由谁提出【提问】
1900年普朗克首次提出“量子论”。1900年德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。1900年12月14日,普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文,提出了著名的“普朗克公式”,这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样,对物理学产生了深远的影响。【回答】

量子的概念最早由谁提出

4. 我国为什么重视量子科技研究,用物质和意识作答

您好根据您的问题为您解答量子科技是我们对物质规律的认识,物质决定意识。重视和发现量子科技的应用,我们可以更好地发挥主观能动性,意识反作用于物质。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向量子力学是关于微观物质世界运动规律的理论体系,与相对论一起构成现代物理学的理论基础,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子科学发展,触发了第一次量子技术革命。第一次量子技术革命,是从认识量子世界、发现量子效应到发展量子技术应用。信息时代的关键核心技术,如晶体管、激光、硬盘、GPS等是第一代量子技术的一些例子。目前我们已经进入第二次量子技术革命时代,是通过主动人工设计和操控量子态发展量子技术和应用。近年来,以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术的研究与应用在全球范围内加速发展,各国纷纷加大投入力度和拓宽项目布局。量子计算会颠覆性提高信息运算处理速度,量子通信会大幅度提升通信安全性,量子精密测量和传感技术会在未来数字时代和万物互联时代有着广泛的应用。【摘要】
我国为什么重视量子科技研究,用物质和意识作答【提问】
您好根据您的问题为您解答量子科技是我们对物质规律的认识,物质决定意识。重视和发现量子科技的应用,我们可以更好地发挥主观能动性,意识反作用于物质。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值,是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新,将引领新一轮科技革命和产业变革方向量子力学是关于微观物质世界运动规律的理论体系,与相对论一起构成现代物理学的理论基础,而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子科学发展,触发了第一次量子技术革命。第一次量子技术革命,是从认识量子世界、发现量子效应到发展量子技术应用。信息时代的关键核心技术,如晶体管、激光、硬盘、GPS等是第一代量子技术的一些例子。目前我们已经进入第二次量子技术革命时代,是通过主动人工设计和操控量子态发展量子技术和应用。近年来,以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术的研究与应用在全球范围内加速发展,各国纷纷加大投入力度和拓宽项目布局。量子计算会颠覆性提高信息运算处理速度,量子通信会大幅度提升通信安全性,量子精密测量和传感技术会在未来数字时代和万物互联时代有着广泛的应用。【回答】
您好根据您的问题为您解答意识是人脑对大脑内外表象的觉察。也是人的头脑对于客观物质世界的反映,也是感觉、思维等各种心理过程的总和。意识是一种客观存在,而且是和你能看得见的物质的存在,没有任何差别意识是一种量子力学现象。量子物理学的发展,让我们重新认识和理解意识和世界的本质。它对传统无法解释的精神和世界的本质重新作了定义。意识和物质世界不可分开,意识促成了物质世界从不确定到确定的转移。人意识的发动的过程,实际上是通过动念进行测量,然后产生念头意识来源于大脑,大脑是物质的,物质的构成就是基本粒子,而基本粒子具有量子力学的种种现象,无论是电活动还是化学反应,都具备量子力学的特征。而意识的特征很符合量子世界的现象【回答】

5. 量子论诞生由哪一问题引发的

1900年,为解决热辐射理论上的疑点,普朗克提出了量子假说.他认为辐射像物质一样,是由具有能量的基本单位量子来实现的.继普朗克的量子假说之后,爱因斯坦提出了光的量子理论,丹麦物理学家玻尔提出了原子的量子理论.据上述知识可知,题中材料涉及理论是量子理论,故正确答案是A项.B项为相对论;C两项不是引发题干理论诞生的原因.D项是牛顿的万有引力定律.
  故选A.

量子论诞生由哪一问题引发的

6. 发现是量子物理的开始(什么是量子物理

发现是量子物理的开始(什么是量子物理
为了描写微观粒子状态随时间变化的规律.其后量子力学是在旧量子论的基础上发展起来的,比例常数称为普朗克常数.旧量子论包括普朗克的量子假说,但对于进一步解释实验现象还有许多困难,假定电磁场和物质交换能量是以间断的形式(能量子)实现的.认为一切微观粒子均伴随着一个波.在量子力学中,他又提出固体的振动能量也是量子化的,原子中的电子只能在分立的轨道上运动,粒子的状态用波函数描述.

7. 量子论 是谁提出来的

希望能帮助你。量子理论的创建过程是一部壮丽的史诗:

    量子论的初期:

1900年普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠下了基石。

随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。

1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,提出玻尔的原子理论,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。随后,玻尔、索末菲和其他物理学家为发展量子理论花了很大力气,却遇到了严重困难。旧量子论陷入困境。

    量子论的建立:

1923年,德布罗意提出了物质波假说,将波粒二象性运用于电子之类的粒子束,把量子论发展到一个新的高度。

1925年-1926年薛定谔率先沿着物质波概念成功地确立了电子的波动方程,为量子理论找到了一个基本公式,并由此创建了波动力学。

几乎与薛定谔同时,海森伯写出了以“关于运动学和力学关系的量子论的重新解释”为题的论文,创立了解决量子波动理论的矩阵方法。

1925年9月,玻恩与另一位物理学家约丹合作,将海森伯的思想发展成为系统的矩阵力学理论。不久,狄拉克改进了矩阵力学的数学形式,使其成为一个概念完整、逻辑自洽的理论体系。

1926年薛定谔发现波动力学和矩阵力学从数学上是完全等价的,由此统称为量子力学,而薛定谔的波动方程由于比海森伯的矩阵更易理解,成为量子力学的基本方程。

量子论 是谁提出来的

8. 量子概念的提出者是谁?

量子概念的提出者是马克斯·普朗克。
量子是现代物理的重要概念,最早是由德国物理学家普朗克在1900年提出的。从学术的角度讲,量子至少有三重含义。第一重义就是普朗克提出的量子论,他认为能量是非连续的,有一个最小的单位,并将其称为量子。
第二重含义则是把量子当成一个形容词,指代某些遵循量子力学规律而运行的事物,比如量子计算、量子信息。此外,科学家把一些微观的基本粒子,比如希格斯玻色子等也叫做量子,这就是量子的第三种含义。

简介
德国物理学家普朗克他首次提出能量只能取基本单位的整数倍,即量子化的概念。这与以牛顿力学为代表的经典物理有根本区别。量子化现象主要表现在微观世界。这种描述微观世界的物理理论被称作量子力学。
一个物理量如果有最小的单元而不可连续的分割,就说这个物理量是量子化的,并把最小的单元称为量子。量子论是一种针对微粒子的学说。量子一词来自拉丁语,意为多少,代表相当数量的某事。