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市面上究竟有没有真正的量子产品?

编辑:百里守约 浏览: 发布:2020-01-16 09:59:47

来源:中国科普博览

近些年,由于中国在量子通信领域的研究喜报频传,市场上出现了很多炒作“量子科技”概念的各种“伪创新”产品,比如,如量子水杯、量子按摩、量子鞋垫、量子医学等。

某购物网站可以搜索到的部分量子产品

某购物网站可以搜索到的部分量子产品

为了避免大众上当,知名主持人甚至在节目中直接建议,“凡是用钱能够买到的量子产品全是假的”。

然而,很多人免不了会产生这样的疑问:量子到底是什么?量子力学、量子通讯领域研究成果这么多,目前真的还没有开发出实用的量子产品吗?我们今天就把大家的疑惑一一解答。

Part.1

什么是量子?

1900年,普朗克在这篇只有九页的论文里首次提出了能量的不连续性,一脚踢开了量子力学的大门。

量子到底是什么呢?

把一个长一米、宽一米的物体,放大十倍,再放大十倍,然后放大一千倍,再放大一千倍,最后再放大一百亿倍,你就进入了量子的世界。

量子世界里,所有物质都可以被还原成61种基本粒子。其中最重的基本粒子,质量也不超过3.1×10^-25千克。

和宏观世界不同,量子世界里很多物理量是不连续的,比如质量,电荷,甚至是能量,都有一个最小的单元。这些单元不可分割,任何数值只能取它们的整数倍。这就好比你可以从口袋里掏出5毛或者1分钱,但你永远也掏不出来半分钱。所谓量子,就是指这些不可分割的最小单元。 

Part.2

目前真的没有真正的量子产品吗?

并不是!今天你用到的每一款电子设备,其实都是量子力学的周边产品,它们的特点是,便宜、稳定,而且靠谱。

它就是晶体管。晶体管的祖师爷是瑞士物理学家布洛赫, 1928年,他在博士论文中提出布洛赫波的概念,在此基础上发展出的能带理论,极大推进了半导体材料的研究进展。能带理论揭示了固体内部电子的运动特点,因为这个理论,科学家才终于弄清楚了导体、绝缘体和半导体究竟是怎么一回事儿。

晶体管 (图片来源:维基百科)

晶体管 (图片来源:维基百科)

1947年的12月23日,贝尔实验室的三位研究员利用锗半导体,发明出了第一枚点触式晶体管,这标志着信息时代的正式开始。

除了晶体管,另一款畅销的量子周边产品是固态硬盘。

轻便、稳定、存储信息较多的固态硬盘

轻便、稳定、存储信息较多的固态硬盘

它由1927年德国物理学家洪德发现的“量子隧穿效应”为原理制成:只要施加外部电压,电子能像穿越隧道一样,穿过势能远大于自身动能的势垒,进入浮栅,完成写入过程,比传统机械硬盘快得多。

固态硬盘的最初设计来自贝尔实验室,1967年,台湾工程师施敏和同事从甜点的夹层涂酱中获得灵感,制作出了一款基于量子隧穿效应的非挥发性内存;然后又经过20多年的研发,第一款成熟的固态硬盘产品才算诞生。 

同样基于“量子隧穿效应”制成的还有另一款产品:扫描隧道显微镜。扫描隧道显微镜的原型机是IBM公司的苏黎世研究实验室于1981年生产。它能探查物体表面单原子级别的起伏,甚至可以在低温下 用探针精确操作单个分子或原子。毫不夸张地说,纳米技术就是因为这款显微镜才得以诞生的。

这款产品的售价是80万人民币。相比其它的周边产品,这款贵是贵了点,但是它的作用大,本身价值也高,可以这么说,目前几乎任何一项新型材料的研发,都需要用到它。

几乎任何一项新型材料的研发都需要用到的扫描隧道显微镜(图片来源:百度百科)

几乎任何一项新型材料的研发都需要用到的扫描隧道显微镜(图片来源:百度百科)

还有一款非常有潜力的量子产品是,利用“受激辐射”原理开发的激光器。

受激辐射是爱因斯坦在1917年预言的量子现象。简单点说,就是通过刺激处于激发态的原子,让里面的电子跃迁到能量更低的状态,由此释放出频率一致,传播方向一致,相位一致,偏振状态一致的光子束。

直到40多年后,美国休斯顿实验室才用红宝石发射出了世界上的第一束激光。有了合适的激光器,你就能自己刻录光盘、扫描打印、切割玻璃,甚至还能用激光测距、做指纹鉴定、或者把它改造成激光灭蚊器。

Part.3

如何分辨市面上的产品是否真的是量子产品?

要想获得最准确的判断,当然是请教量子领域的专家。但毕竟我们大部分人都很难接触到量子领域的专家,这里我们给大家提供一个非常简单的方法。

总结一下这些靠谱的量子产品,你会发现,它们都有一个共同点:名字里面都不带量子两个字。

因为归根结底,“量子”只是一套微观领域里的物理定律。

就像你不会把“智人”两个字加在自己名字前面一样,真正靠谱的量子产品,也没有必要把量子写到名字上。

市面上究竟有没有真正的量子产品?

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