工商分会

一、量子的起源

        二、量子的概念

        三、量子力学

        四、量子的特性

            1、传递的不连续性；

2、波粒二象性；

3、测不准和坍塌性；

4、纠缠性；

5、叠加性；

6、不可克隆性；

            7、坍塌性。

量子从概念的提出到理论量子力学的形成尽管已有百年，但问津的只有少数学者。量子所表现出的神奇特性，包括爱因斯坦都表示怀疑，直到21世纪初夜被实验所证实，并对其奇特性质显现出来的应用前景所吸引，才真正引起政界、军界、商界的重视。量子这个具有划时代意义的科学，正引领前沿科技潮流，滚滚向前，在国际上你追我赶，竞争十分激烈。美、欧、日等发达国家纷纷投资立项，抢占科技前沿，中国实现关键技术突破，后来居上跻身国际先进行列。对于老科技工作者，对量子方面的知识，知之甚少，出于对新知识的渴望，活到老学到老，不求弄通，只求听懂，跟上时代，愿意把读书笔记奉献大家。笔记难免有表述不准或错误，还望指正。

一、量子的起源

量子一词是由德国物理学家普朗克发现黑体辐射现象用牛顿力学无法解释，于1900年提出解释黑体辐射现象的假说。

黑体是指入射的电磁波全被吸收，即没有反射也没有透射。假想黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量单位的整数倍，这一假说很好地解释了黑体辐射现象，物体吸收和发射电磁辐射，只能以能量量子的方式进行。后来研究证明不但能量表现出这种不连续的分离化现象，其他诸多物理量也都表现出量子化现象。量子成为现代物理学的重要概念。量子假说，被试验证明成为量子理论，后经数位物理大师的成就，形成量子理论——量子力学。

二、量子的定义

量子像原子做为一切物质的构成单位一样，量子是构成能量的最基本单位，也是不可再分的最小能量单位，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。量子的能量与量子振动频率有关，而于量子本身无关。即E=h·v   h是普朗克常数。

量子一词源于拉丁语，意为“有多少”代表“相当数量的某物质”。例如光的量子简称光子，是光的不可再分的最小能量单位，不存在半个光子，所有有形物质都可用量子去解读，即量子化。量子化指其物理量的数值特定的，而不是任意的，如原子中的电子是可量子化的。它决定原子的稳定性和一般问题。量子化现象主要表现在微观世界。打个比方，电影胶片是由许多时间帧频构成的，每隔0.0几秒就换一张图片，而不是连续的。每张图片就相当一个量子，不可再分，这其实就是量子化。

三、量子力学

量子力学是描写微观物质世界的理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的科学。量子力学主要研究原子、分子、凝聚态物质以及原子核和基本粒子的结构和性质。

物理学按研究宏观还是微观物质可分为经典物理学和现代物理学，经典物理学以牛顿力学为代表，现代物理学以量子力学和相对论为基础。

量子力学很好的解释了基本相互作用经典物理学不能解释的难题。量子力学从根本上改变了人类对物质结构及其相互作用的理解。

四、量子特性

1、传递的不连续性，量子的传递是不连续的，是以能量单位逐个传递的。

2、波粒二象性

指的是所有量子即有部分波的属性，又有部分粒子属性。如光量子在传播过程中显示光的波动性，在与物质相互作用时显示粒子性。波粒二象性是微观粒子的基本属性，是量子力学中的重要概念。

在经典物理学中讲，波动是弥漫空间传播的现象，而粒子运动是有一定轨道的。这与量子力学中讲，波动即电磁辐射有频率有波长，粒子做为谐振子有轨域有能量和动量是格格不入的。这里讲的波、粒、不能按经典物理波、粒去理解套用，由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵循的运动规律，就不同于宏观物体的运动规律。它只能用适合微观粒子运动规律的量子力学去描述，去理解。

量子物理学家普朗克，用普朗克常量架起了波动性和粒子性的桥梁。

波的频率V，波长入，粒子的能量E，动量P。普朗克常数h=6.6206896×10^-34

得V = hE 、       入 =  ph

  就是说波频率与粒子能量有关，波长与粒子动量有关，有多大关系就象圆周长和直径的关系π一样存在一个常数h关系。

3、不确定性原理

我们在对量子观测时任何一个微小的测量都可以使量子的状态发生改变，从而进入一个新的状态。观测即是干扰。想知道原始状态就得观测，而观测原始态就改变即坍塌。原始状态是客观存在的，对我们来说是模糊的，不确定的。位置和速度结合物的量子态，不能同时被准确测量即不确定性。

4、量子纠缠

量子纠缠是量子的神奇特性，相隔两地的量子当一个状态发生改变时，另一个几乎在相同的时间出现同样的状态变化。

纠缠量子之间的联系即量子传输。这种传输不需要载体，也没有时空制约，瞬间完成速度超光速。

量子纠缠是量子信息学区别经典信息学的重要特征，是量子信息过程中不可或缺的资源。在量子密码技术，量子通信，量子计算机中起到决定性的作用。

5、量子叠加

量子叠加是微观粒子波粒二象性的反映，是量子力学重要原理，量子叠加原理就是量子可以以多种态同时存在于几个地方。这种叠加直到被观测时止。

态W₁、W₂叠加态W₃，写成等式

W₃=mW₁+nW₂

m、n是态W₃时W₁和W₂存在的几率。

量子力学讲，某一时刻量子只能处于W₁或W₂状态，但量子力学不知道这一时刻是W₁还是W₂状态。它所关注地是长时间内量子处于混合后的W₃，即处于W₁，也处于W₂，并有相应的几率。这里必须摆脱钉是钉铆是铆的束缚，用开放的思维方式进入一个全新的领域。

6、量子态不可克隆

人们无法对一个不知道其状态的量子进行复制。量子不可克隆定理确保了量子态的安全性，使得窃听者无法用信息复制的方法截获用户信息。

7、量子的坍塌性

量子受到侵扰改变原有状态的现象。

量子的特性，注定了量子的神奇，在学习量子时必须摆脱经典物理学的束缚，用一种开放的，全新的思维方式去理解前沿科技，去发现量子为现代科技注入的活力。