量子力学能用来干什么?更该问的是它不能干什么!在知道了量子力学这个学科后,许多人就会来问:它能用来干什么?实际上,这个问题问偏了。真正有意义的问题是:量子力学不能用来干什么?因为量子力学能干的实在是太多了,几乎找不到跟它没关系的地方!
如果你问:相对论能用来干什么?倒是能给出一些具体的回答。例如在宇宙学中,大爆炸、黑洞等现象离不开广义相对论。太阳对光线的偏折、水星近日点进动,都是广义相对论的经典例证。
量子力学的研究活跃度也大大高于相对论。在媒体报道中你会发现,量子领域日新月异,而相对论领域的大新闻却是发现一种爱因斯坦一百年前预言的现象——引力波。
为什么量子力学无所不在?基本的道理在于,描述微观世界必须用量子力学,而宏观物质的性质又是由其微观结构决定的。因此,不仅研究原子、分子、激光这些微观对象时必须用到量子力学,而且研究宏观物质的导电性、导热性、硬度、晶体结构、相变等性质时也必须用到量子力学。
所以我们可以明白,现代社会几乎所有的技术成就都离不开量子力学。你打开一个电器,导电性是由量子力学解释的,电源、芯片、存储器、显示器等器件的工作原理都来自量子力学。你走进一个房间,钢铁、水泥、玻璃、塑料、纤维、橡胶等材料的性质都是基于量子力学的。你登上飞机、汽车、轮船,发动机中燃料的燃烧过程是由量子力学决定的。你研制新的化学工艺、新材料、新药等,都离不开量子力学。
当你对量子力学有所了解之后,下一个问题就是:既然量子力学完全不是一个新学科,出现已经超过一个世纪,为什么最近却又变得如此火热?回答是:20世纪80年代以来,量子力学与信息科学交叉,产生了一门新的学科——量子信息。许多物理学家把量子信息的兴起称为“第二次量子革命”,跟量子力学创立时的“第一次量子革命”相对应。
量子信息包括哪些内容呢?可以先来看看我们平时用到什么信息技术。我们最常用的是手机,这是用来通信的;以及计算机,这是用来计算的。还有钟表、尺子、温度计等也可以算作信息技术,它们是用来测量的。相应地,量子信息也分为三个领域:量子通信、量子计算与量子精密测量。在每个领域内部,各自有若干种具体的技术。它们的目标都是利用量子力学的特性来超越传统的信息技术。