神奇的量子

量子是构成物质的最基本单元，由于具有相干叠加特性，可以产生“量子纠缠”，因而与相对论一起，带来了第二次科学革命

一旦确定了初始状态，根据力学方程，所有粒子未来的运动状态都是可以精确预言的———这是基于牛顿力学得出的结论。

“如果按照这个思路再往下思考，一切事件（比如今天的会议）都是在宇宙大爆炸时就已经确定好的吗？个人的努力还有意义吗？但人显然是有自由意志的。”潘建伟引用霍金的一句话：即使是相信一切都是上天注定的人，在过马路时也会左右看。

“所以，尽管我们对牛顿力学非常满意，但对其中蕴含着的决定论，仍持有异议。”潘建伟说。

上世纪初，归功于普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡等众多杰出科学家的共同努力，又一扇科学之门徐徐打开。到底是什么改变了牛顿力学的基本观念？其中一个就是量子力学。量子是构成物质的最基本单元，是能量的最基本携带者，不可分割。所有人们所熟知的分子、原子、电子、光子等微观粒子，都是量子的一种表现形态。

根据经典物理学，一个客体的状态（用0和1表示）就像最简单的二进制开和关，只能处于开或者关中的某一个状态，即要么是0要么是1，这就好比一只猫，要么是生要么是死，不能同时“又生又死”。但这一理论并不适用于量子世界。“比如在量子世界，一个氢原子的状态，可以是激发态和基态的相干叠加，可以0和1状态同时共存。”潘建伟举例。

这种所谓的量子相干叠加正是量子世界与经典世界的根本区别，由此有了量子力学不确定原理：量子体系中一般情况下一个物理量的值并不能预先确定，而是依赖于采取何种测量基，进一步，对处于量子纠缠的两个粒子，对其中一个粒子的测量结果会瞬间确定另一个粒子的状态，不论它们相距多么遥远。这就是“量子纠缠”，爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”。

潘建伟打了个比方：一个代表团从北京到法兰克福去访问，如果在飞行途中睡着了，不知道是途经莫斯科还是新加坡，到北京时，他们会觉得“又冷又热”，感觉好像同时穿越了两条路线。但如果飞行途中一直睁着眼睛去看，或者有仪器测量，那么检测到的状态是飞机只会处于一条航线上，代表团抵达北京时要么感觉冷，要么感觉热。

“叠加原理认为，一个量子客体可以处于不确定的状态，也就是说在测量之前，连上帝都不知道，观测者的行为还可以影响体系的演化。这种颠覆性的认知和相对论一起，带来了第二次科学革命，进而催生了新的产业变革。”潘建伟说。

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