導語：如何才能寫好一篇量子計算概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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量子力學是一門高深莫測的學科，離普通人很遠，但正因為有了它，催生了現(xiàn)代半導體技術(shù)，從而有了大家都不離不開的電腦?，F(xiàn)在，這門神奇的學科將再次登場，用最新的量子計算機來改變世界。

量子計算機是什么，這是個要首先說明的概念。這項概念，最早由大物理學家費曼提出。他在計算量子模型時，發(fā)現(xiàn)所面對的數(shù)據(jù)是天文級的，如果由普通的計算機來進行模擬，時間所耗甚巨。在一籌莫展的時候，他突然想到，如果計算機的架構(gòu)也跟量子系統(tǒng)一樣，是不是就能解決這一問題呢。為此，他提出了量子計算機的概念。不過，量子計算機在很長的時間內(nèi)只停留在理論的層面。到了1994年，貝爾實驗室的科學家證實了量子計算機在計算對數(shù)方面優(yōu)于普通計算機，于是引發(fā)了研發(fā)的熱潮。那什么是量子計算機呢。以我們平常已經(jīng)熟悉不過的計算機為例，它的基礎(chǔ)是二進制，而二進制建立在半導體器件的導通和截至兩種狀態(tài)上。而量子計算的基礎(chǔ)是每個原子的不同狀態(tài)，比如一個原子順時針轉(zhuǎn)和逆時針轉(zhuǎn)，這就是兩種不同的狀態(tài)；還有兩個原子糾結(jié)在一起，術(shù)語叫量子纏繞，這又是不同的狀態(tài)。根據(jù)這些不同的狀態(tài)，我們就可以賦予其不同的數(shù)值，這樣一來，通過改變原子的狀態(tài)，就能進行計算了。這種改變使得計算的效率大為提高，1個40位元的量子計算機，就能解開1024位元的電子計算機花上數(shù)十年解決的問題。

量子計算機這么好，為什么難于實現(xiàn)呢。因為原子的狀態(tài)很不穩(wěn)定，不容易控制。但是，最近的一則消息讓人眼前一亮。IBM的科學家近日宣布，距離掌握量子計算機的基礎(chǔ)技術(shù)又邁進了一步。這些科學家已找到了維持量子完整性和減少量子計算錯誤的方法，通過把傳統(tǒng)硅制作工藝下生產(chǎn)的量子進行超導處理，從而就有可能實現(xiàn)維持數(shù)千甚至數(shù)百萬的量子位保持一天的穩(wěn)定狀態(tài)。該項目的負責人稱，“我們做的量子計算研究表明，它不再僅僅是個暴力計算的物理實驗。現(xiàn)在就可以根據(jù)該成果去制作新的計算系統(tǒng)，由此將把高性能計算推向一個全新高度”。量子計算的目標是實現(xiàn)計算機只用一個量子就可以“瞬間完成幾百萬次計算。這些科學家們，在升級到一種“三維”超導量子(3D量子)后，就能將量子位的穩(wěn)定狀態(tài)延長到100微秒，而這已經(jīng)是先前的2到4倍。盡管不是永恒穩(wěn)定，但他們認為這樣的狀態(tài)“已經(jīng)剛好達到容錯計算的最低界限，也就意味著科學家可以開始重點研究進一步延長穩(wěn)定狀態(tài)方面的工作了”?，F(xiàn)在，利用藍寶石芯片，IBM已制造了一臺3D量子設(shè)備來展示其研究成果。

在研制量子計算機的過程中，科學家們已經(jīng)突破了很多障礙，現(xiàn)在的計算性能比2009年中期以來以提升了10倍，距離科學界確定的全尺寸量子計算機所需滿足的最低要求已經(jīng)非常接近了。但是如果要讓量子計算機走進我們的生活，那還有很長的道路要走。同時，現(xiàn)代集成電路封裝和通信技術(shù)也必須要有極大的進步，這樣才能實現(xiàn)量子計算機與現(xiàn)代數(shù)據(jù)系統(tǒng)的對接。

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[關(guān)鍵詞]量子；特性；意識；應(yīng)用

中圖分類號：O413.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）25-0298-01

一、量子的基本知識

1、量子

我們在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向，也就是可觀測的物理量都在不連續(xù)地變化。？比如，我們說一個“光量子”，是因為單個光量子的能量是光能變化的最小單位，光的能量是以單個光量子的能量為單位一份一份地變化的。對于量子的種種特性，連不少科學家都為之迷惑，對于我們普通人來說自然更加高深。今天我就試著走近它，來發(fā)現(xiàn)她“幽靈”般的的魅力。

2、量子的特性

量子的奇妙之處首先在于它的奇妙特性――量子疊加和量子糾纏。

量子疊加就是說量子有多個可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)，因此，對物質(zhì)的測量意味著擾動，會改變被測量物質(zhì)的狀態(tài)。好比孫悟空的分身術(shù)， 孫悟空可能同時出現(xiàn)在幾個地方，他的各個分身就像是他的疊加態(tài)。在日常生活中，我們不可能在不同的地方同時出現(xiàn)，但在量子世界里它卻可以同時出現(xiàn)在多個不同的地方?！?/p>

而所謂的量子糾纏，則意味著兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠，當哥哥的狀態(tài)發(fā)生變化時，弟弟的狀態(tài)也跟著發(fā)生一樣的變化。“如果這兩個光量子呈糾纏態(tài)的話，哪怕是千公里量級或者更遠的距離，還是會出現(xiàn)遙遠的點之間的詭異互動，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”?？茖W家就可以利用這種效應(yīng)將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。量子糾纏的廣泛應(yīng)用將會改變我們的生活，真正地突破時空的局限，交通、物流也就不再會有時間與空間的阻礙了。我國發(fā)射的“墨子號”量子衛(wèi)星昭示著我國在量子通信領(lǐng)域已處于世界領(lǐng)先的地位。

二、意識是量子力學現(xiàn)象

人們的意識一直都沒有搞清楚，用經(jīng)典物理學的電學、磁學及力學方法去測量意識是測量不出來的，科學家們現(xiàn)在已經(jīng)開始認識到了意識是種量子力學的現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學的測量。為什么這么說呢？比如我們面前出現(xiàn)了一座房子，這時有兩種可能的狀態(tài)：一個沒有任何心思的人會看房非房，他的意識處于自由的狀態(tài)，沒看到房子是石頭的還是木頭的，他根本就不動念頭。意識也是這樣，如果你看到這座房子，一下子動念頭了，動念頭實質(zhì)上就是作了測量。

客觀世界是一系列復(fù)雜念頭造成的。有一本非常著名的書叫《皇帝新腦》， 就是研究意識，他認為計算機僅僅是邏輯運算，不會產(chǎn)生直覺，直覺只能是量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生，意識是種量子力學現(xiàn)象，意識的念頭像量子力學的測量。而人的大腦有直覺，也就是說人的意識不僅存在于大腦之中，也存在于宇宙之中，量子糾纏告訴我們，一定有個地方存在著人的意識。

三、量子技術(shù)的應(yīng)用

科學家認為，量子糾纏是一種 “神奇的力量”，可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ)。實際上，量子糾纏還有很多奇妙的應(yīng)用，可以在許多領(lǐng)域中突破傳統(tǒng)技術(shù)的極限。量子技術(shù)已經(jīng)成為一個新興的、快速發(fā)展中的技術(shù)領(lǐng)域。這其中，量子通信、量子計算、量子成像、量子生物學是目前的方向。

1、量子通信

量子通信就是通過把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合，利用量子調(diào)控技術(shù)，確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度。 廣義地說，量子通信是指把量子態(tài)從一個地方傳送到另一個地方，它的內(nèi)容包含量子隱形傳態(tài)，量子糾纏交換和量子密鑰分配。狹義地說，實際上只是指量子密鑰分配或者基于量子密鑰分配的密碼通信，解決了以往用微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的計算機信息技術(shù)極易遭遇泄密的問題。

2、量子計算

量子計算是量子物理學向我們展示的又一種強大的能力，源自于對真實物理系統(tǒng)的模擬。模擬多粒子系統(tǒng)的行為時，當需要模擬的粒子數(shù)目很多時，一個足夠精確的模擬所需的運算時間則變得相當漫長。而如果用量子系統(tǒng)所構(gòu)成的量子計算機來模擬量子現(xiàn)象則運算時間可大幅度減少，從此量子計算機的概念誕生。

3、量子成像

量子成像是從利用量子糾纏原理開始發(fā)展起來的一種新的成像技術(shù)，有一種比較奇妙的現(xiàn)象稱之為“鬼成像”。比如將糾纏的雙光子分別輸入兩個不同的光學系統(tǒng)中，在其中一個系統(tǒng)里放入待成像的物體，通過雙光子關(guān)聯(lián)測量，在另一個光學系統(tǒng)中能再現(xiàn)物體的空間分布信息。即與經(jīng)典光學成像只能在同一光路中得到物體的像不同，鬼成像可以在另一條并未放置物體的光路上再現(xiàn)該物體的成像。

4、量子生物學

量子生物學是利用量子力學的概念、原理及方法來研究生命物質(zhì)和生命過程的學科。薛定諤在《生命是什么》一書中對這一觀點進行了詳盡的闡述，提出遺傳物質(zhì)是一種有機分子，遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設(shè)想。這些設(shè)想由脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)模型而得到極大的發(fā)展，從而奠定了分子生物學的基礎(chǔ)。分子的相互作用必然涉及其電子的行為，而能夠精確描述電子行為的手段就是量子力學。因此量子生物學是分子生物學深入發(fā)展的必然趨勢，是量子力學與分子生物學發(fā)展到一定階段之后相互結(jié)合的產(chǎn)物。

愛因斯坦相對論指出：相互作用的傳播速度不會大于光速，可是對于分開很遠距離的兩個處于糾纏態(tài)中的粒子，當對一個粒子進行測量時，另一個粒子的狀態(tài)受到關(guān)聯(lián)關(guān)系已經(jīng)發(fā)生了變化，這種傳輸?shù)睦碚撍俣瓤梢赃h遠超過光速。這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。量子糾纏是量子物理學里最稀奇古怪的東西，即使腦洞大開我們還是很難領(lǐng)會它，另外從常識角度來看，量子理論描述的自然界很荒謬，許多解釋還涉及到哲學問題。但另一方面，量子物理學有很廣泛的應(yīng)用，它的發(fā)展可能帶來行業(yè)面貌的改變，所涉及的范圍從量子計算機到人工智能，無所不含，這也正是我們深入學習、研究量子物理的動力所在?。?/p>

參考文獻

[1] 薛定諤，生命是什么.

[2] 舒娜，量子糾纏技術(shù)與量子通信.

[3] 尼古拉.吉桑著，周榮庭譯，跨越時空的骰子.

[4] 中國科普博覽.

[5] 科普中國.

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關(guān)鍵詞：計算工具；圖靈模型；量子計算；哥德爾不完備定理；神諭

一、引言與計算的產(chǎn)生

在人類社會的早期時代，加減乘除的概念就被人們所認識到。隨著人類文明的發(fā)展和技術(shù)的進步，對求方程的解，求函數(shù)的微分和積分等概念也納入了計算的范疇。伴隨人類生產(chǎn)活動的不斷增加，人們對計算的要求也越來越大，計算工具也再不斷的改進。

二、遠古的計算工具

人們開始產(chǎn)生計算之日，便不斷尋求能方便進行和加速計算的工具。因此，計算和計算工具是息息相關(guān)的。

早在公元前5世紀，中國人已開始用算籌作為計算工具，并在公元前3世紀得到普遍的采用，一直沿用了二千年。后來，人們發(fā)明了算盤，并在15世紀得到普遍采用，取代了算籌。它是在算籌基礎(chǔ)上發(fā)明的，比算籌更加方便實用，同時還把算法口訣化，從而加快了計算速度。因此源用至今，并流傳到海外，成為一種國際性的計算工具。

三、近代計算系統(tǒng)

近代的科學發(fā)展促進了計算工具的發(fā)展：在1614年，對數(shù)被發(fā)明以后，乘除運算可以化為加減運算，對數(shù)計算尺便是依據(jù)這一特點來設(shè)計。1620年，岡特最先利用對數(shù)計算尺來計算乘除。1850年，曼南在計算尺上裝上光標，因此而受到當時科學工作者，特別是工程技術(shù)人員所廣泛采用。

機械式計算器是與計算尺同時出現(xiàn)的，是計算工具上的一大發(fā)明。帕斯卡于1642年發(fā)明了帕斯卡加法器。在1671年，萊布尼茨發(fā)明了一種能作四則運算的手搖計算器，是長1米的大盒子。自此以后，經(jīng)過人們在這方面多年的研究，特別是經(jīng)過托馬斯、奧德內(nèi)爾等人的改良后，出現(xiàn)了多種多樣的手搖計算器，并風行全世界。

四、電動計算機

英國的巴貝奇于1834年，設(shè)計了一部完全程序控制的分析機，可惜礙于當時的機械技術(shù)所限制而沒有制成，但已包含了現(xiàn)代計算的基本思想和主要的組成部分了。

此后，由于電力技術(shù)有了很大的發(fā)展，電動式計算器便慢慢取代以人工為動力的計算器。1941年，德國的楚澤采用了繼電器，制成了第一部通用過程控制計算器，實現(xiàn)了100多年前巴貝奇的理想。

五、電子計算機

20世紀初，電子管的出現(xiàn)，使計算器的改革有了新的發(fā)展，并由于二次大戰(zhàn)的迫切的軍事需要，美國賓夕法尼亞大學和有關(guān)單位在1946年制成了第一臺電子計算器。

電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展，讓人類進入了一個全新的時代。它極大影響了經(jīng)濟社會發(fā)展，并徹底改變了人們的生活。電子計算機是二十世紀最偉大的發(fā)明之一，也當之無愧地被認為是迄今為止由科學和技術(shù)所創(chuàng)造的最具影響力的現(xiàn)代工具。

在電子計算機和信息技術(shù)高速發(fā)展過程中，因特爾公司的創(chuàng)始人之一戈登·摩爾(Godon Moore) 對電子計算機產(chǎn)業(yè)所依賴的半導體技術(shù)的發(fā)展作出預(yù)言：半導體芯片的集成度將每兩年翻一番。事實證明，自二十世紀60 年代以后的數(shù)十年內(nèi)，芯片的集成度和電子計算機的計算速度實際是每十八個月就翻一番，而價格卻隨之降低一倍。這種奇跡般的發(fā)展速率被公認為“摩爾定律”。

六、 “摩爾定律”與“計算的極限”

人類是否可以將電子計算機的運算速度永無止境地提升? 傳統(tǒng)計算機計算能力的提高有沒有極限? 對此問題，學者們在進行嚴密論證后給出了否定的答案。

如果電子計算機的計算能力無限提高，最終地球上所有的能量將轉(zhuǎn)換為計算的結(jié)果——造成熵的降低，這種向低熵方向無限發(fā)展的運動被哲學界認為是禁止的，因此，傳統(tǒng)電子計算機的計算能力必有上限。

而以IBM研究中心朗道(R. Landauer) 為代表的理論科學家認為到二十一世紀三十年代，芯片內(nèi)導線的寬度將窄到納米尺度(1 納米= 10-9 米) ，此時，導線內(nèi)運動的電子將不再遵循經(jīng)典物理規(guī)律——牛頓力學沿導線運行，而是按照量子力學的規(guī)律表現(xiàn)出奇特的“電子亂竄”的現(xiàn)象，從而導致芯片無法正常工作；同樣，芯片中晶體管的體積小到一定臨界尺寸(約5納米) 后，晶體管也將受到量子效應(yīng)干擾而呈現(xiàn)出奇特的反常效應(yīng)。

哲學家和科學家對此問題的看法十分一致：摩爾定律不久將不再適用。也就是說，電子計算機計算能力飛速發(fā)展的可喜景象很可能在二十一世紀前三十年內(nèi)終止。

著名科學家，哈佛大學終身教授威爾遜(Edward O. Wilson) 指出：“科學代表著一個時代最為大膽的猜想(形而上學) 。它純粹是人為的。但我們相信，通過追尋“夢想—發(fā)現(xiàn)—解釋—夢想”的不斷循環(huán)，我們可以開拓一個個新領(lǐng)域，世界最終會變得越來越清晰，我們最終會了解宇宙的奧妙。所有的美妙都是彼此聯(lián)系和有意義的?！?/p>

這段話成為許多科學家的座右銘，給人以啟示?？茖W需要夢想，甚至需要形而上的猜想。科學的預(yù)言有時在哲學看來有著形而上學的味道。而在人類面臨著計算科學的最大難題——計算的極限到來之時，DNA計算和量子計算為實現(xiàn)人類的這個夢想鋪開了宏偉藍圖。

七、DNA計算系統(tǒng)

1994年11月，美國計算機科學家阿德勒曼(L.Adleman)在美國《科學》上公布DNA計算機的理論，并成功運用DNA計算機解決了一個有向哈密頓路徑問題[7]。 DNA計算機的提出，產(chǎn)生于這樣一個發(fā)現(xiàn)，即生物與數(shù)學的相似性：(1)生物體異常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是對由DNA序列表示的初始信息執(zhí)行簡單操作(復(fù)制、剪接)的結(jié)果；(2)可計算函數(shù)f(ω)的結(jié)果可以通過在ω上執(zhí)行一系列基本的簡單函數(shù)而獲得。

阿德勒曼不僅意識到這兩個過程的相似性，而且意識到可以利用生物過程來模擬數(shù)學過程。更確切地說是，DNA串可用于表示信息，酶可用于模擬簡單的計算。這是因為：首先，DNA是由稱作核昔酸的一些單元組成，這些核昔酸隨著附在其上的化學組或基的不同而不同。共有四種基：腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，分別用A、G、C、T表示。單鏈DNA可以看作是由符號A、G、C、T組成的字符串。從數(shù)學上講，這意味著可以用一個含有四個字符的字符集∑ =A、G、C、T來為信息編碼(電子計算機僅使用0和1這兩個數(shù)字)。其次，DNA序列上的一些簡單操作需要酶的協(xié)助，不同的酶發(fā)揮不同的作用。起作用的有四種酶：限制性內(nèi)切酶，主要功能是切開包含限制性位點的雙鏈DNA；DNA連接酶，它主要是把一個DNA鏈的端點同另一個鏈連接在一起；DNA聚合酶，它的功能包括DNA的復(fù)制與促進DNA的合成；外切酶，它可以有選擇地破壞雙鏈或單鏈DNA分子。正是基于這四種酶的協(xié)作實現(xiàn)了DNA計算。

DNA計算與電子計算機完全不同，它的計算單元是裝在試管培養(yǎng)液中的DNA長鏈。通過控制試管的溫度和向試管中投放反應(yīng)物，來進行計算。

八、量子計算系統(tǒng)

量子計算最初思想的提出可以追溯到20世紀80年代。物理學家費曼RichardP.Feynman 曾試圖用傳統(tǒng)的電子計算機模擬量子力學對象的行為。他遇到一個問題[11]：量子力學系統(tǒng)的行為通常是難以理解同時也是難以求解的。以光的干涉現(xiàn)象為例，在干涉過程中，相互作用的光子每增加一個 ，有可能發(fā)生的情況就會多出一倍 ，也就是問題的規(guī)模呈指數(shù)級增加。模擬這樣的實驗所需的計算量實在太大了，不過，在費曼眼里 ，這卻恰恰提供一個契機。轉(zhuǎn)貼于 　因為另一方面，量子力學系統(tǒng)的行為也具有良好的可預(yù)測性：在干涉實驗中，只要給定初始條件，就可以推測出屏幕上影子的形狀。費曼推斷認為如果算出干涉實驗中發(fā)生的現(xiàn)象需要大量的計算，那么搭建這樣一個實驗，測量其結(jié)果，就恰好相當于完成了一個復(fù)雜的計算。因此，只要在計算機運行的過程中，允許它在真實的量子力學對象上完成實驗，并把實驗結(jié)果整合到計算中去，就可以獲得遠遠超出傳統(tǒng)計算機的運算速度。

在費曼設(shè)想的啟發(fā)下，1985年英國牛津大學教授多伊奇David Deutsch 提出是否可以用物理學定律推導出一種超越傳統(tǒng)的計算概念的方法即推導出更強的丘奇——圖靈論題[15]。費曼指出使用量子計算機時，不需要考慮計算是如何實現(xiàn)的，即把計算看作由“神諭”來實現(xiàn)的：這類計算在量子計算中被稱為“神諭”（Oracle）。

有種種跡象表明：量子計算至少在一些特定的計算領(lǐng)域內(nèi)確實比傳統(tǒng)計算更強，例如，現(xiàn)代信息安全技術(shù)的安全性在很大程度上依賴于把一個大整數(shù)（如1024 位的十進制數(shù)) 分解為兩個質(zhì)數(shù)的乘積的難度。這個問題是一個典型的“困難問題”，困難的原因是目前在傳統(tǒng)電子計算機上還沒有找到一種有效的辦法將這種計算快速地進行。目前，就是將全世界的所有大大小小的電子計算機全部利用起來來計算上面的這個1024 位整數(shù)的質(zhì)因子分解問題，大約需要28 萬年，這已經(jīng)遠遠超過了人類所能夠等待的時間。而且，分解的難度隨著整數(shù)位數(shù)的增多指數(shù)級增大，也就是說如果要分解2046 位的整數(shù)，所需要的時間已經(jīng)遠遠超過宇宙現(xiàn)有的年齡。而利用一臺量子計算機，我們只需要大約40 分鐘的時間就可以分解1024 位的整數(shù)了。

更重要的是，量子計算從本質(zhì)上說是可逆的，朗道證明了可逆計算可以不消耗資源———也就是說，量子計算的運算速度可以不違背熵持續(xù)增加原理而無限增加。從這個例子我們可以直覺地認為量子計算在處理大規(guī)模計算問題時優(yōu)越性是十分明顯的，但目前還沒法用數(shù)學證明這一點。

九、計算的本質(zhì)

在人類文明的早期，人們就認識到“加減”這些計算活動，以及它們的重要性。隨著，計算工具的不斷改進，人們的“計算”本身的也不斷的加深了解。到后來開方、求方程的解、求微分求積分也被納入進計算的范疇。

“什么是計算？”問題一直到20世紀30年，才由哥德爾（K.Godel，1906-1978），丘奇(A.Church，1903-1995)，圖靈(A.M.TUI-ing，1912-1954)等數(shù)學家 的工作，人們才弄清楚什么是計算的本質(zhì)，以及什么是可計算的，什么是不可計算的等根本性問題。

抽象地說，所謂計算，就是從一個符號串f變換成另一個符號串g。比如說，從符號串12+3變換成15就是一個加法計算。如果符號串f是x2，而符號串g是2x，從f到g的計算就是微分。定理證明也是如此，令f表示一組公理和推導規(guī)則，令g是一個定理，那么從f到g的一系列變換就是定理g的證明。從這個角度看，文字翻譯也是計算，如f代表一個英文句子，而g為含意相同的中文句子，那么從f到g就是把英文翻譯成中文。這些變換間有什么共同點？為 什么把它們都叫做計算？因為它們都是從己知符號(串)開始，一步一步地改變符號(串)，經(jīng)過有限步驟，最后得到一個滿足預(yù)先規(guī)定的符號(串)的變換過程。

從類型上講，計算主要有兩大類：數(shù)值計算和符號推導。數(shù)值計算包括實數(shù)和函數(shù)的加減乘除、幕運算、開方運算、方程的求解等。符號推導包括代數(shù)與各種函數(shù)的恒等式、不等式的證明，幾何命題的證明等。但無論是數(shù)值計算還是符號推導，它們在本質(zhì)上是等價的、一致的，即二者是密切關(guān)聯(lián)的，可以相互轉(zhuǎn)化，具有共同的計算本質(zhì)。隨著數(shù)學的不斷發(fā)展，還可能出現(xiàn)新的計算類型。

隨著計算機日益廣泛而深刻的運用，計算這個原本專門的數(shù)學概念已經(jīng)泛化到了人類的整個知識領(lǐng)域，并上升為一種極為普適的科學概念和哲學概念，成為人們認識事物、研究問題的一種新視角、新觀念和新方法。

十、“計算主義”的興起

隨著計算工具的發(fā)展，一些哲學家和科學家開始從計算的視角審視世界，科學家們不僅發(fā)現(xiàn)大腦和生命系統(tǒng)可被視作計算系統(tǒng) ，而且發(fā)現(xiàn)整個世界事實上就是一個計算系統(tǒng)。當康韋證明細胞自動機與圖靈機等價時 ，就有人開始把整個宇宙看作是計算機。因為特定配置的細胞自動機原則上能模擬任何真實的過程。如果真是這樣，那么 ，我們便可以設(shè)想一種細胞自動機，它能模擬整個宇宙。實際上，我們完全可以把宇宙看作是一個三維的細胞自動機?；玖Ｗ踊蚱渌裁磳哟蔚奈镔|(zhì)實體可以看作是這個細胞自動機格點上的物質(zhì)狀態(tài) ，支配它們運動變化的規(guī)律可以看作是它們的行為規(guī)則。在這些規(guī)則的作用下基本粒子發(fā)生各種變化，從而導致宇宙的演化。

總之，計算或算法的觀念在當今已經(jīng)滲透到宇宙學、物理學、生物學乃至經(jīng)濟學和社會科學等諸多領(lǐng)域。計算已不僅成為人們認識自然、生命、思維和社會的一種普適的觀念和方法 ，而且成為一種新的世界觀。一些學者認為：不僅生命和思維的本質(zhì)是計算，自然事件的本質(zhì)也是計算。

十一、量子計算中的神諭

人類的計算工具，從木棍、石頭到算盤，經(jīng)過機械計算器，電器計算機，到現(xiàn)代的電子計算機，再到DNA計算機和量子計算。筆者發(fā)現(xiàn)這其中的過程讓人思考：首先是人們發(fā)現(xiàn)用石頭或者棍棒可以幫助人們進行計算，隨后，人們發(fā)明了算盤，來幫助人們進行計算。當人們發(fā)現(xiàn)不僅人手可以搬動“算珠”，機器可以用來搬動“算珠”，而且效率更高，速度更快的時候，人們自然想到利用機器來搬動算珠，誕生了機械計算設(shè)備。

隨后，人們用繼電器替代了純機械。最后人們用電子代替了繼電器。就在人們改進計算工具的同時，數(shù)學家們開始對計算的本質(zhì)展開了研究，圖靈機模型告訴了人們答案。

電子計算機后，人們改變了思路，即：到自然界中去發(fā)現(xiàn)那些符合圖靈模型的現(xiàn)象，例如DNA分子鏈的自我復(fù)制現(xiàn)象。DNA分子提供了AGCT四種堿基，相當于電子計算機中的2進制的0和1。DNA自我復(fù)制的機制，非常接近電子計算機的的模型——圖靈機模型。

可以說，DNA計算機是基于圖靈機的先進計算方式。但是它始終不能突破圖靈機的極限。即：在牛頓經(jīng)典物理學下“確定世界”的計算模型。

量子計算的出現(xiàn)，則徹底打破了這種認識與創(chuàng)新規(guī)律。它建立在對量子力學實驗的在現(xiàn)實世界的不可計算性。試圖利用一個實驗來代替一系列復(fù)雜的大量運算。可以說。這是一種革命性的思考與解決問題的方式。

應(yīng)為在此之前，所有計算均是模擬一個快速的“算盤”，即使是最先進電子計算機CPU內(nèi)部，64位的寄存器(register)，也是等價于一個有著64根軸的二進制算盤。在DNA計算中，這種情況稍微復(fù)雜一點，可視為ATCG四種堿基所構(gòu)成的擁有上百萬根軸，每根軸上有四個珠的“超級算盤”，盡管它的體積小到可以放在一根試管中。

量子計算則完全不同，對于量子計算的核心部件，類似與古代希臘世界中的“神諭”，沒有人弄清楚神諭內(nèi)部的機理，卻對“神諭”內(nèi)部產(chǎn)生的結(jié)果深信不疑。人們可以把它當作一個黑盒子，人們通過輸入，可以得到輸出，但是對于黑盒子內(nèi)部發(fā)生了什么和為什么這樣發(fā)生確并不知道。

十二、“神諭”的本質(zhì)與哥德爾不完備性

量子計算在信息的承載體上與經(jīng)典計算毫無區(qū)別:它同樣利用二進制比特——稱為量子比特——來進行運算。但是，量子力學的一個十分“反直覺”的奇特現(xiàn)象鑄就了量子比特與傳統(tǒng)比特的天壤之別。一個量子比特不僅僅可以表示信息“0”和“1”，還出人意料地可以表示一種“0”和“1”的疊加狀態(tài)。

我們可以清晰地看到量子計算的神奇以及它不同于經(jīng)典計算之處。那么，為什么量子計算會顯示出如此奇怪的性質(zhì)呢? 這些性質(zhì)又有什么本質(zhì)的物理原因呢[12]? 遺憾的是，迄今為止，科學家們還在為這些神奇的量子現(xiàn)象的本質(zhì)而進行探索，答案不得而知。

人們對量子計算本質(zhì)的無知來自于人們對量子世界內(nèi)部的本質(zhì)的認識還不統(tǒng)一。但這并不妨礙人們把量子計算最為超級計算機的想法。雖然它帶有強烈的工具主義傾向。

量子計算的科學研究依然在繼續(xù)，然而，對量子計算和量子力學本身的哲學研究卻已經(jīng)顯示出人類的無奈和無助。也許，世界本身就是一個整體，我們僅僅從細處著眼永遠無法看到導致整體變化的內(nèi)因。

哥德爾不完備性定理告訴我們，任何一個足夠強的一致的公理系統(tǒng)的完備性是不可證明的，而它的完備性的不可證明是可以證明的。

一些悲觀的科學家和哲學家認為：我們科學研究所依賴的各種公理系統(tǒng)是無法證明完備的，即現(xiàn)實世界的有些現(xiàn)象是無法被已有定律和規(guī)律來揭示，人們努力地試圖用這些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的公理和規(guī)律去解釋量子計算、量子力學，去解釋自然和宇宙是不可行的。科學家們一直在努力解釋量子世界的本質(zhì)，但也應(yīng)該清醒，這些努力有可能最終是失敗的。而這些失敗恰恰證明了哥德爾不完備性定理的正確性。所以他們認為人類是無法認識某些規(guī)律的，一些迷題永遠是個迷。

十三、“神諭”的挑戰(zhàn)與人類自身的回應(yīng)

筆者的觀點與上述不同，人類的思考能力，隨著工具的不斷進化而不斷加強，盡管在遠古時期，有些智者的思考能力已經(jīng)遠遠超越了他們的時代，但是，在整體上，人類的思維能力和解決問題的能力是隨著經(jīng)濟和科技的進步而不斷加強。電子計算機和互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，大大加強了人類整體的科研能力，那么，量子計算系統(tǒng)的產(chǎn)生，會給人類整體帶來更加強大的科研能力和思考能力，并最終解決困擾當今時代的量子“神諭”。不僅如此，量子計算系統(tǒng)會更加深刻的揭示計算的本質(zhì)，把人類對計算本質(zhì)的認識從牛頓世界中擴充到量子世界中。

哥德爾的不完備性并不能組織人類對未知事物的新發(fā)現(xiàn)，如果觀察歷史，會發(fā)現(xiàn)人類文明不斷增多的“發(fā)現(xiàn)”已經(jīng)構(gòu)成了我們理解世界的“公理”，人們的公理系統(tǒng)在不斷的增大，隨著該系統(tǒng)的不斷增大，人們認清并解決了許多問題。人類的認識模式似乎符合下面的規(guī)律：

“計算工具不斷發(fā)展——整體思維能力的不斷增強——公理系統(tǒng)的不斷擴大——舊的神諭被解決——新的神諭不斷產(chǎn)生”不斷循環(huán)。

也許那時會出現(xiàn)新的“神諭”，而“神諭”的出現(xiàn)對人類來說并不是負面的，而是對人類整體思維能力和認識能力的一次挑戰(zhàn)。并將刺激著人類對宇宙和自身的更深刻認識。

無論量子計算的本質(zhì)是否被發(fā)現(xiàn)，也不會妨礙量子計算時代的到來。量子計算是計算科學本身的一次新的革命，也許許多困擾人類的問題，將會隨著量子計算機工具的發(fā)展而得到解決，它將“計算科學”從牛頓時代引向量子時代，并會給人類文明帶來更加深刻的影響。

參考文獻

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篇4

早在90年代，美國信息科學家洛夫·格羅弗和彼得·肖爾就已經(jīng)從理論上證明，量子計算機可以比傳統(tǒng)計算機更有效地搜索大型數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行長數(shù)字的質(zhì)因數(shù)分解。這也意味著量子計算機可以更迅速地破解AES和RSA加密算法，這是一件非?？植赖氖虑椋驗槟壳皵?shù)據(jù)保護主要依賴于這些算法。雖然同樣通過量子位工作的量子密碼已經(jīng)成為一種商業(yè)解決方案，但是它只能夠確保密鑰交換的安全。

極其嚴格的要求

另一方面，也有一些持懷疑態(tài)度的聲音，懷疑D-Wave所謂的量子計算機是否是真正意義上的量子計算機。多年以來，世界各國的科學家一直不懈努力地研發(fā)量子計算裝置，但都沒能夠走出實驗室階段，沒有獲得太多實質(zhì)性的進展。這是因為對于量子計算機的要求是極其嚴格的。首先，需要通過原子粒子的性質(zhì)來制備量子位，這是量子現(xiàn)象發(fā)生的必要要求；其次，該系統(tǒng)必須從環(huán)境中隔離并冷卻到幾乎絕對零度，因為量子現(xiàn)象會受到外部影響；其三，人們必須謹慎地從外部進行干預(yù)，并分配單個量子位的初始值，觸發(fā)量子力學的“糾纏”進行所需的算術(shù)運算；其四，讀取結(jié)果。

到目前為止，研究人員利用單個離子或光子、原子核自旋的原子或者超導電子對作為量子位，這些已經(jīng)超出了平常人的想象。而按照D-Wave的記錄，他們2011年在因斯布魯克大學通過鈣離子取得14量子位的糾纏鏈，并于2012年在布里斯托爾大學成功分解數(shù)字21的質(zhì)因數(shù)3和7，這些都是很普通的成功，是什么讓D-Wave那么的與眾不同？物理學界許多對D-Wave的量子計算機持懷疑態(tài)度的人猜測，D-Wave公司那個所謂量子計算機的龐大黑盒子，所使用的量子位實際上是微芯片上的超導環(huán)，通過傳統(tǒng)的電子設(shè)備進行控制和讀取。因此，批評者們質(zhì)疑這個系統(tǒng)量子位之間有沒有量子糾纏效應(yīng)，或者說計算機是否真正利用量子糾纏效應(yīng)進行計算，懷疑這只是一臺普通的計算機。

應(yīng)用范圍有限

除了在生產(chǎn)技術(shù)上的優(yōu)勢以外，D-Wave的秘密還在于它的計算機概念。它被用于編程求解所謂的“旅行商問題”（給出城市的名單和每對城市之間的距離，要求給出訪問每個城市一次并返回到起點城市的最短路線），D-Wave的系統(tǒng)能夠根據(jù)物理“能量最低原理”逐漸進入并給出最佳的解決方案。量子計算機的結(jié)果需要通過電子設(shè)備來讀取，這是量子計算機面臨的另一個問題：既然量子位包含一定概率的“0”和“1”，那么也只是有一定的概率獲得正確的結(jié)果，因此需要重復(fù)足夠多次數(shù)的計算，以達到統(tǒng)計學上可接受的確定性。

篇5

這項計劃將由谷歌的量子人工智能（Quantum Artificial Intelligence）研究小組來實施。谷歌在博客中透露，美國加州大學圣巴巴拉分校的一個研究小組也加入了這項計劃。

谷歌去年的研發(fā)開支達到80億美元。為了在互聯(lián)網(wǎng)搜索和在線廣告等市場保持領(lǐng)先地位，谷歌目前正在開發(fā)一些新的計算機技術(shù)。在科技行業(yè)中的一些人看來，量子技術(shù)是計算機進行海量數(shù)據(jù)分析的一種革命性方式。這種新技術(shù)對谷歌的主要業(yè)務(wù)尤其有幫助，對它的新項目――如聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)汽車――也是有用的。

“在一個硬件研發(fā)團隊的協(xié)助下，量子人工智能研究小組現(xiàn)在能夠落實新的設(shè)計并測試新的產(chǎn)品?！惫雀柙诓┛椭袑懙馈?/p>

在整理和分析海量數(shù)據(jù)方面，量子計算機將具有比傳統(tǒng)計算機更快的解決速度。谷歌量子人工智能小組成員馬蘇德?莫森（Masoud Mohseni）曾經(jīng)與人合作撰寫過具有領(lǐng)先學術(shù)水平的量子技術(shù)論文。谷歌也一直被視為這一新技術(shù)革命的領(lǐng)導力量之一。

此外，谷歌的競爭對手微軟也在進軍這個新領(lǐng)域，并建立了一個名為“量子架構(gòu)和計算（Quantum Architectures and Computation Group）”的研究小組。

探秘量子計算機

量子計算機，早先由理查德?費曼提出，一開始是從物理現(xiàn)象的模擬而來的?？伤l(fā)現(xiàn)當模擬量子現(xiàn)象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當可觀，甚至是不切實際的天文數(shù)字。理查德?費曼當時就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計算機來模擬量子現(xiàn)象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念從此誕生。

從物理層面上來看，量子計算機不是基于普通的晶體管，而是使用自旋方向受控的粒子（比如質(zhì)子核磁共振）或者偏振方向受控的光子（學校實驗大多用這個）等等作為載體。當然從理論上來看任何一個多能級系統(tǒng)都可以作為量子比特的載體。

從計算原理上來看，量子計算機的輸入態(tài)既可以是離散的本征態(tài)（如傳統(tǒng)的計算機一樣），也可以是疊加態(tài)（幾種不同狀態(tài)的幾率疊加），對信息的操作從傳統(tǒng)的“和”，“或”，“與”等邏輯運算擴展到任何幺正變換，輸出也可以是疊加態(tài)或某個本征態(tài)。所以量子計算機會更加靈活，并能實現(xiàn)并行計算。

量子計算機或不再遙遠

據(jù)外媒報道，美國普林斯頓大學研究人員近日設(shè)計出一種裝置，可以讓光子遵循實物粒子的運動規(guī)律?，F(xiàn)存的計算機是基于經(jīng)典力學研發(fā)而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。

研究人員制作出一種超導體，里面有1000億個原子，在聚集起來之后，眾多原子如同一個大的“人工原子”。科學家把“人工原子”放在載有光子的超導電線上，結(jié)果顯示，光子在“人工原子”的影響下改變了原有的運動軌跡，開始呈現(xiàn)實物粒子的性質(zhì)。例如，在正常情況下，光子之間是互不干涉的，但是在這一裝置里，光子開始相互影響，呈現(xiàn)出液體和固體粒子的運動特性，光子的這種運動“前所未有”。

現(xiàn)存的計算機是基于經(jīng)典力學研發(fā)而成的，在解釋量子力學方面有很大局限性。量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。研究人員稱，在改變光子的運動規(guī)律之后，量子計算機的發(fā)明也許不再遙遠。

就我國量子計算機而言，相關(guān)研究也一直處于世界領(lǐng)先水平。早在2013年12月30日，美國物理學會《物理》雜志就公布了2013年度國際物理學領(lǐng)域的十一項重大進展，中國科學技術(shù)大學潘建偉教授及其同事張強、馬雄峰和陳騰云等“利用測量器件無關(guān)量子密鑰分發(fā)解決量子黑客隱患”的研究成果位列其中。

《物理》雜志以“量子勝利的一年――但還沒有量子計算機”為題報道了中國科學家成功解決量子黑客隱患這一重要成果。

盡管量子計算機仍然是遙遠的未來，但2013年科學家們卻報道了一系列量子信息和量子通信領(lǐng)域的勝利。在量子密碼方面，兩個獨立的研究組報道了一種新的加密手段，可以提供絕對的安全性，以解決量子黑客隱患。

篇6

注意教材書（文獻［9］）已有"輻射場"及"能量場"的物理學概念。但囿于理論局限，使得教材書對這種場的描述是靜止的（機械的）、孤立的（與物質(zhì)世界無必然聯(lián)系的）、無源的（原因不清），因而也是抽象的（沒有物理意義的）。

上已證明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性質(zhì)。值得物理學注意的是，原子核這種性質(zhì)并不孤立存在，它同時還嚴格地規(guī)定著所有外部世界。因而使得電子、原子、分子、物體、天體、宇宙都只能有唯一穩(wěn)態(tài)位置和結(jié)構(gòu)。這就是大自然最基本的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。也就是普適方程即（20）式所揭示的規(guī)律。

那末，具體規(guī)律是什么呢？請看：

2輻射能場（存在）定理

研究表明，輻射能場準確存在可用定理表述。

〖輻射能場定理〗:任何粒子（含場粒子及天體，無例外，下同）在其周圍都形成（存在）一種輻射能場，這種輻射能場可用普朗克常數(shù)?和量子數(shù)n＝0,1,2,3…準確具體描述。在微觀輻射能場表現(xiàn)為量子化，在宏觀則表現(xiàn)為大量粒子的簡并統(tǒng)計結(jié)果。

3輻射能場實質(zhì)

輻射能場實質(zhì)系以粒子為中心，向周圍空間拋射場粒子流（這里主旨中性場粒子流，對于電磁場當有別論），這種場粒子流經(jīng)電子集約化就成了光子。研究也表明，任何光子包括X射線都準確如此。參見（15）式，據(jù)此不難描述任何光子的自身結(jié)構(gòu)。并且可以證明任何光子的靜止（如可能）質(zhì)量均不為零。認為光子靜止質(zhì)量為零，還是量子力學根據(jù)"相對論"瞎子摸象猜測結(jié)果。

這已表明光子的真實粒子性。并可準確具體證明，所謂波動性實際上是普朗克常數(shù)與量子數(shù)相互作用的一種客觀表象，任何光子都不存在任何物理意義上的波動屬性。

4輻射能場形象

研究表明，輻射能場形象與點光源的光通量完全一致。對于原子核，其輻射能場可用圖（3）準確表示：

圖中箭頭方向表示輻射能流方向，其線密度表示能流密度，n為量子數(shù)。

5輻射能場性質(zhì)

研究表明，輻射能場實質(zhì)系以光速拋射場粒子流（粒子上限為中微子），故，輻射能場具有排它性。原子核的輻射能場首先排斥核外所有電子，任何電子也因此未能落到核上，這是事實。所以，電子未能落到核上量子力學的任何解釋都只能是自欺欺人的胡言亂語！也所以，玻爾對電子的擔心完全多余。

需要指出，輻射能場這種排斥作用，通常主要表現(xiàn)為能量形式。相形之下排斥力效應(yīng)很小，一般可忽略。這與太陽光輻射的能量效應(yīng)十分明顯，而太陽光的壓力效應(yīng)十分微小，完全相似。不過在研究宇宙膨脹時，完全不可忽略天體輻射的斥力效應(yīng)。就是說，"宇宙斥力"存在。然，囿于歷史和理論局限，愛因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。

6原子核輻射能場數(shù)學表達式

大量研究表明，原子核（質(zhì)子）的輻射能場數(shù)學表達式準確為：

E＝n2·h2／2mP·r2――――――――(21)

式中h為普朗克常數(shù)，n為量子數(shù)，mP為質(zhì)子質(zhì)量，距離為r＝0∞，需指出，輻射能場場強E具有能量量綱（這是因為使用因子h結(jié)果），其數(shù)值則為r處單位面積上的能量。

注意：該式與（64）式有必然聯(lián)系，但物理意義微妙不同，且具有豐富物理內(nèi)容（略）。

研究還表明，由此電子所得到的原子核輻射能場能量準確地為：

E＝n2·?2／2me·r2―――――――(22)

注意：這也就是玻爾量子化條件。

式中me為電子質(zhì)量，不難看出普朗克常數(shù)h＝2π?緊密地聯(lián)系著質(zhì)子和電子。

已很明顯，量子力學與玻爾相比，玻爾正確，量子力學謬誤！

并且由（21）、（22）式不難看出，當量子數(shù)n＝0時，E＝0。需指出，這是物質(zhì)結(jié)構(gòu)非常狀態(tài)。參見圖（3），在n＝0時，原子核沒有了輻射能場，原子核不再有排斥電子的能力。于是，電子必然落到核上。研究表明，這就是宇宙到達最低溫度--宇宙奇點的情況。于是，原子中發(fā)生比核反應(yīng)還強烈的變化，結(jié)果原子爆炸--物質(zhì)爆炸--宇宙爆炸！這就是宇宙爆炸原因，由此也不難了解宇宙過去。

可悲的是，量子力學竟將量子數(shù)n＝0也定義為原子的一種穩(wěn)定狀態(tài)。可歌呼？可泣乎？災(zāi)難，罪過！阿們--

7輻射能場的實驗驗證

7.1太陽的輻射本領(lǐng)已足夠大

目前世界公認太陽發(fā)射本領(lǐng)（文獻[2]）為3.8×1033（爾格/秒），這相當于太陽每秒拋射出質(zhì)量為m＝2×109(千克)物質(zhì)。但如上可知，太陽實際發(fā)射本領(lǐng)遠大于此。因為太陽光僅是輻射能流的一部分，這種能流粒子上限為中微子。

7.2宇宙正在膨脹

宇宙正在膨脹，表明"宇宙斥力"存在，這是宇宙中心輻射能場性質(zhì)。宇宙正在膨脹恰系宇宙中心輻射能場的客觀真實寫照（或曰照片）。

7.3"太陽風"的存在

文獻［10］介紹的"太陽風"正是本文定義的太陽輻射能場，太陽風就是太陽輻射能場的客觀真實寫照。該文獻給出了對太陽風考察的衛(wèi)星實際探測結(jié)果（文獻圖示略）。這可謂太陽輻射能場的真實實驗驗證。

7.4第四個驗證是，任何原子中任何電子均未能落到核上，這是事實

不僅如此，人為方法：高能陰極射線、X射線或高能加速器也很難將電子打到原子核上。這絕非因碰撞截面太小，總會有幾率。實際上正是由于原子核具有排它性的輻射能場排斥效應(yīng)所致。由（22）式可見，電子得到的原子核排斥能與距離平方成反比例。在核半徑處排斥能十分巨大，以致可忽略靜電引力能。簡單計算表明，電子必須具有200倍C(光速)才可能到達核半徑處。也因此，玻爾對電子的擔心完全多余！

需要指出，對此類問題，量子力學仍會故伎重演--狡辯。但經(jīng)如上及以下分析論證，量子力學純系主觀臆造，對物理學實質(zhì)問題全然無知，已經(jīng)使得量子力學的狡辯不再有任何效力。

7.5第五個驗證是人們熟悉的，然而又不熟悉的，這就是氣體壓力

量子力學會立即反駁說："氣體壓力來自分子熱運動和碰撞"（文獻[8]）。需指出，這種解釋充其量只能算作表面化非本質(zhì)解釋，作為哲學或市民語言尚可，但不能作為物理學家語言。在嚴格物理意義上說這種解釋是自欺欺人的。這種解釋實際上并不清楚分子熱運動的實質(zhì)和根源，更不知溫度對單個分子的意義是什么。量子力學（文獻[8]）以公開宣稱："對單個分子溫度沒有任何意義"。

這是因為量子力學有一劑靈丹妙藥--波函數(shù)Ψ--量子力學家主觀意識，就可以包治百病。溫度與這靈丹妙藥無任何聯(lián)系，在靈丹妙藥中沒任何位置，所以溫度沒有用處。也所以量子力學結(jié)論：對于單個分子，溫度沒有意義。

但是，只要神經(jīng)不錯亂，人人都懂得，既然宏觀溫度是大量分子集體貢獻，怎么能說單個分子沒有貢獻？單個分子又怎能擺脫溫度環(huán)境？這與人對社會貢獻完全一致，能說個人對社會的貢獻沒有意義嗎？！

大量研究已經(jīng)表明，溫度概念同樣也有極為豐富的物理內(nèi)容。溫度問題同樣也貫穿全部物理世界全部內(nèi)容。并對此可做如下結(jié)論：

普朗克常數(shù)h＝2π?與量子數(shù)n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容，并且，宏觀溫度T就是量子數(shù)n＝0,1,2,3…的照片。

注意，此結(jié)論在確切物理意義上正確。

研究還表明：分子熱運動及分子間斥力的實際根源正在于原子（核）間排斥能場相互作用的結(jié)果。并可得以下具體結(jié)果：

PV＝∑Ei――――――――――――――――(23)

式中PV為氣體壓力勢能，Ei為單個氣體分子的輻射能場能量（推導略）。這種嚴格關(guān)系唯一證明分子（原子）輻射能場客觀存在。此時并唯有此時輻射能場的排斥力效應(yīng)也十分明顯，這就是氣體壓力。

第五章大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律二

5.1大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律之二--潛動能客觀存在

研究還表明，這種規(guī)律正確存在也可用定理表述：

5.2潛動能定理

〖潛動能定理〗：任何質(zhì)量為m的物體（含場粒子及天體）當以速度V運動時，必有潛動能存在。若以符號T2表示則為：

T2＝（1/2）mV2―――――――――――（24）

可見，潛動能在數(shù)值上與物體經(jīng)典動能（機械動能）相等?，F(xiàn)將經(jīng)典動能定義為顯動能，并以符號T1表示之：

T1＝T2＝（1/2）mV2――――――――（25）

那么，可以定義物體運動全動能，以符號Tm表示則為：

Tm＝T1＋T2＝mV2―――――――――（26）

如果，質(zhì)量m以光速C運動，其全動能必為：

Tm＝mC2＝E―――――――――――（27）

看！這就是遐邇聞名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系。這已表明，愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系只不過是物體（粒子）運動全動能之特例！然而，不僅愛因斯坦本人，而且后人至今都不清楚質(zhì)能關(guān)系的物理意義?？桑?7）式中E＝mC2的物理意義是再清楚不過了！

5.3潛動能的物理意義

研究表明，潛動能普遍客觀存在，實際上它是物體（粒子）運動時的伴隨能量。由于潛在性，低速時或直觀上人們難以發(fā)覺。只有在高速時才明顯表現(xiàn)出來，所以人們至今尚不知曉。

研究表明，潛動能實質(zhì)也是一種輻射能場，這種場粒子上限亦為中微子，對中微子目前尚不能檢測，這也是人們尚未發(fā)現(xiàn)潛動能的直接原因。

需指出，溫度為T的物體當以速度V運動時，同時存在輻射能場及潛動能能場，兩種能場分別可測并須分別描述。但是，以下將完全證明原子核的輻射能場實際上就是原子核自旋潛動能。由此也證明潛動能普遍客觀存在。

也所以潛動能的能量效應(yīng)較其壓力（即動量）效應(yīng)明顯，尤其當速度V＜＜C時，人們無法觀測到這種動量效應(yīng)。然而當物體速度接近光速（VC）時，潛動能的能量效應(yīng)與動量效應(yīng)均不可忽略。這時潛動能的能量效應(yīng)形成愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系事實；而其動量效應(yīng)則形成"物質(zhì)波"的事實。這就是"物質(zhì)波"的本來面目和真實內(nèi)容。

5.4潛動能的實驗驗證

5.1回旋加速器的驗證

文獻[10]介紹："電子在回旋加速器中，任何瞬間，軌道平均磁場的增量必須是軌道上磁場增量的2倍"。即：

dBave＝2dB―――――――――――――-（28）

這無疑表明本文如上全動能成立，亦即表明潛動能客觀存在。

5.2電子在加速器中同步輻射光

電子在加速器中同步輻射光能正是電子運動的潛動能，并且，電子同步輻射光的波長λ為：

λ＝h·c／E――――――――――――――（29）

注意：式中能量E是電子同步輻射光能量，也就是電子的潛動能。

5.3地球的潛動能

地球有潛動能？從沒聽說過！有人說。

不錯，但經(jīng)本文由普適方程已經(jīng)計算出地球確有潛動能：月球的存在給出完全的證明。因為本文對月球的計算表明，普適方程不僅適用于太陽系，而且適于地（球）--月（球）結(jié)構(gòu)。并且，對月球的計算，得出兩個重要結(jié)果：①由普適方程計算月球繞地（球）軌道半徑與天文觀測（文獻［2］）的誤差小于1％；②由普適方程計算得出--月球是顆裸星。這已是個奇跡，目前為止任何理論都辦不到！

這種結(jié)果無疑表明：

第一，地球所得到的太陽輻射能剛好等于地球軌道動能，也剛好等于地球的潛動能。于是，地球能量處于一種動平衡中。這表明，月球繞地（球）軌道受地球潛動能嚴格支配，亦即受地球軌道動能嚴格支配，亦即受太陽能量嚴格支配。不僅如此，太陽以此嚴格支配著系內(nèi)所有天體（無例外）的運行（位置、動能、尺寸、質(zhì)量以及軌道曲線性質(zhì)）。

第二，地球運動潛動能客觀存在，在數(shù)值上準確等于地球軌道運行動能。故〖潛動能定理〗成立！

第三，"物質(zhì)波"就是本文所定義的"潛動能"。

第四，普適方程無條件成立！

5.4X射線韌致輻射

周知，X射線韌致輻射最短波長λmin為：

λmin＝h·c／E－―――――――――――（30）

式中E為外加能量，在數(shù)值上等于電子顯動能，也等于潛動能。需要指出的是，電子只能放出潛動能形成所謂的"波長"：λ。而電子的顯動能與宏觀物體的機械動能一樣：只能直接作機械功，不能直接成為輻射能。量子力學對此問題"心不在肝"！

所以，（30）式的真實物理內(nèi)容是：電子放出潛動能形成所謂波長：λ，這證明潛動能客觀存在?？墒?，量子力學，還有德布羅意，把這稱為"物質(zhì)波"！

還要注意：由（30）式可見，韌致輻射最短波長λmin連續(xù)可變，這已完全表明電子能量連續(xù)可變。再一次證明"量子化"并非電子自身固有屬性。

第六章物質(zhì)波及其實質(zhì)

6.1究竟物質(zhì)波是什么

談物質(zhì)波問題，恰進入量子力學權(quán)威領(lǐng)地。作為權(quán)威，理應(yīng)對此做出科學合理解釋。遺憾的是雖經(jīng)近百年發(fā)展量子力學仍滿足于對物理現(xiàn)象作似是而非的猜測，量子力學的"波函數(shù)"概念正是對"物質(zhì)波"現(xiàn)象的猜測，并強加給電子。

下面考察物質(zhì)波。

德布羅意"物質(zhì)波波長"表達式為：

λ＝h／p――――――――――――――――（31）

該式表示什么物理意義呢？

認真研究表明：雖然λ具有長度量綱，但并不表征任何長度物理量，只能表征粒子動量p的反比量度。之所以具有長度量綱，是因為動量p反比量度的單位取h的結(jié)果。除此之外（31）式不再有其他物理意義，或?qū)⑵渥兓缦拢?/p>

λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em―――（32）

式中Em＝Tm為前文定義的粒子運動"全動能"，這表明λ亦可表征粒子運動全動能的反比量度，或者說是對潛動能的一種量度。所以可結(jié)論：

6.2物質(zhì)波實質(zhì)

第一，"物質(zhì)波"波長只能表征粒子運動時的動量效應(yīng)或者潛動能，實質(zhì)是潛動能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意義。

第二，"物質(zhì)波波長"絕不表示粒子有任何物理意義上的"波動"性質(zhì)！

第三，那又為何將λ定義為"波長"呢？研究表明，這還是在于量子力學的特長--富于猜想的結(jié)果：看到粒子（光子或電子）的干涉和衍射現(xiàn)象，聯(lián)想宏觀波動（水面波動）的干涉，于是猜想微觀粒子（光子和電子）有一種說不清的波動性質(zhì)。由此便將λ定義為"波長"。殊不知，宏觀波動（水面波動）的干涉與微觀粒子的干涉是完全不同的兩回事。研究表明，水面波動確系水面物質(zhì)波動。而粒子（光子和電子）的干涉和衍射卻完全是由普朗克常數(shù)?與量子數(shù)n(一對孿生兄弟)共同（技術(shù)）表演的結(jié)果。并可嚴格準確具體證明:粒子（光子或電子）的干涉條件中的自然數(shù)n＝0,1,2,3…恰為量子數(shù)n＝0,1,2,3…（略）。這是因為粒子的干涉和衍射現(xiàn)象是粒子與（量子化了的）物質(zhì)場（輻射能場）相互作用的必然結(jié)果。

并且在本文已到達的深度--準確描述場粒子自身結(jié)構(gòu)深度上說，仍未發(fā)現(xiàn)任何粒子有任何內(nèi)稟波動屬性。這說明根本不存在"物質(zhì)波"。而德布羅意"物質(zhì)波"概念恰在于粒子運動"潛動能"的事實。所以，與其說德布羅意發(fā)現(xiàn)了"物質(zhì)波"，毋寧說他發(fā)現(xiàn)了粒子運動的潛動能。

之所以人們認為粒子具有波動性，客觀原因在于人們對微觀粒子，例如光子，幾乎完全缺乏了解。也因之，目前為止，光子的"波粒二象性"問題仍屬世界公認遺難問題之一！

第七章普適方程物理意義

7.1普適方程物理意義

普適方程物理意義可用圖（4）

描述如下：

圖中曲線①就是普適方程①

式，這代表大自然一種普遍基本規(guī)

律--相互吸引規(guī)律。式中T為

粒子（含天體）軌道動能，V為引

力勢能。動能等與勢能之半，這本是

經(jīng)典物理內(nèi)容。

曲線③就是普適方程③式，

這代表大自然另一種普遍基本規(guī)律

--相互排斥規(guī)律。式中E為粒子

（含天體）所得到的由輻射中心來的

輻射（排斥）能。

顯然，曲線①是線性的，即引

力能V隨距離r呈直線變化；而

排斥能E（曲線③）是雙曲線。故，

兩條曲線必相交，交點為②，即普適方程②式（T＝E）。這代表大自然第三種基本規(guī)律--普遍客觀存在規(guī)律--兩種相反作用永恒絕對平衡規(guī)律：既可以是穩(wěn)態(tài)平衡，例如原子和太陽系；又可以是動態(tài)平衡，例如銀河系及宇宙的膨脹（含宇宙爆炸）。并且牛頓力學在大自然中完全好用！量子力學對牛頓力學的非議純屬癔語糊勒！

7.2普適方程注釋

第一，普適方程物理意義雖很寬廣，但卻真實具體，并不抽象。

第二，普適方程可以直接用來計算原子結(jié)構(gòu)，計算天文結(jié)構(gòu)須要變換（略）。

第三，已不難看出大自然（宇宙萬物）沒有任何東西能夠（可以）逃脫普適方程規(guī)律的支配！所以這里用了"永恒絕對普遍"規(guī)律說法，不僅物理意義，而且哲學意義準確可靠。亦不難看出人類目前為止的哲學理論錯誤（略）！

第四，因此不難理解：普朗克常數(shù)及量子數(shù)好比一對孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容！

研究表明，這已構(gòu)成物理學最基本的定律--物理學奠基定律。以致物理學不得不另辟一章：

第八章物理學奠基定律

8.1物理學奠基定律

〖物理學奠基定律〗：普朗克常數(shù)h＝2π?與量子數(shù)n＝0,1,2,3…好比一對孿生兄弟，它們同時共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容，無例外。

8.2奠基注釋

大量研究表明，這不是簡單推廣。該定律普遍永恒絕對全天候成立！世界上找不到脫離這種定律的東西，人類的靈魂也不例外。因此，也沒有能脫離〖物理學奠基定律〗的物理學。所以這叫〖物理學奠基定律〗，名副其實也！

第九章量子力學的猜測

上述可見，量子力學對一些基本物理學問題要么似是而非，要么一無所知，儼然卻夸夸其談。甚者竟反科學之道建立了【測不準原理】，于是使得科學陷于惡性循環(huán)不解之中。這就是目前科學活生生的現(xiàn)實！

現(xiàn)總結(jié)量子力學對科學的種種似是而非的猜測：

量子力學猜測一：（目前）試驗電離能＝原子真實能級

量子力學猜測二：原子結(jié)構(gòu)不同殼層K,L,M,N…中電子的量子數(shù)分別為n＝0,1,2,3…

量子力學猜測三：粒子（物質(zhì)）具有（一種朦朧的）波動屬性

量子力學猜測四："物質(zhì)波"①是軌跡波；②是幾率波；③是彌撒物質(zhì)波包

量子力學猜測五：費米子（電子、質(zhì)子）的自旋量皆為（1/2）?

量子力學猜測六：電子具有反常磁矩屬性（閉著眼睛摸大象）（以下準確計算證明）

量子力學猜測七：物質(zhì)世界是測不準的，且不可能測準的，并由此建立一種反科學的理論──【測不準原理】

等等，僅舉與本文有關(guān)七例。

以上及以下討論充分證明《量子力學》完全錯誤，一無是處！并可對物理學做如下結(jié)論。

第十章物理學正論

10.1世界是粒子的（含場粒子及天體）。但任何粒子都不存在任何物理意義上的內(nèi)稟波動屬性。

10.2粒子能量是量子化的（包括天體）。但實際上根本不存在什么"量子"，即使將"量子"理解為"能量子"也不科學。（量子力學純屬虛構(gòu)?。?/p>

10.3普朗克常數(shù)?及量子數(shù)n已給出并將給出全部物理世界準確信息，它們共同貫穿全部物理世界全部內(nèi)容。

10.4任何粒子（含天體，電子，無例外）均不具反常磁矩內(nèi)稟屬性（以下給出具體計算嚴格證明）。

10.5物質(zhì)世界是可測的，并完全可測準的，其準確程度完全取決于普朗克常數(shù)h＝2π?的準確度。

10.6電子、質(zhì)子、中子都是經(jīng)典粒子。附錄中嚴格證明（這種證明本身就是物理學一種奇跡，量子力學望塵莫及）。

10.7目前為止，世界是經(jīng)典的。所以，量子力學所謂超脫經(jīng)典實際就是超脫科學！

以下附錄是對全文的嚴格、具體證明。

第十一章附錄：粒子及其磁矩問題

粒子物理問題，由于缺少直觀經(jīng)驗，這給人們正確認識造成極大困難。然而量子力學的出現(xiàn)并沒有幫助人們解決困難，反而給人們本來有限的認識能力又設(shè)置了人為的更難以逾越的障礙，這就是【測不準原理】。并把人們的認識能力禁錮在量子力學謬誤之中。

目前為止的實驗，已經(jīng)驗證粒子具有磁矩。但對粒子磁矩問題，量子力學由于缺乏了解，又為了"符合"試驗，經(jīng)常自覺不自覺混淆，有時偷換，普朗克常數(shù)的物理概念。這已使得量子力學對粒子磁矩問題的描述嚴重有詐！

以下用CGS和高斯單位制具體討論：

11.1粒子磁矩問題的實驗表達式

文獻[10]中，粒子磁矩表達通式如下：

g＝nh／μ0H＝ω?／μ0H―――――――（33）

研究表明，該式可謂經(jīng)驗公式，因由試驗而來，應(yīng)當是正確表達式。

然而問題在于，量子力學對實驗表達式的真實物理意義及實驗的真實物理過程并不清楚。對表達式的理解也有錯誤，因而得出完全錯誤的結(jié)果和結(jié)論。

對于電子，（33）式可變?yōu)椋?/p>

ge＝ωe?/μBH――――――――――――（34）

式中g(shù)e＝1.0011596被量子力學定義為電子的"反常磁矩"值，ωe為電子自旋磁矩在磁場中進動角頻。并有：

μB＝γe?＝（e／2meC）?―――――――（35）

其中γe＝e／2meC――――――――――――(36)

那么有g(shù)e＝（ωe?/?H）÷γe――――――――(37)

可簡為ge＝ωe/γeH―――――――――――（38）

這就是量子力學基本思路，并由此得出電子自旋磁矩錯誤結(jié)果。又將這種錯誤勇敢地推廣到其它粒子和其他情況，這就錯上加錯。

需要指出，根據(jù)教科書概念，（36）式為電子軌道回旋比。量子力學又認為電子自旋回旋比為軌道回旋比的2倍，這是由于認為（實際是猜測）電子自旋量為（1/2）?的必然結(jié)果。也得出電子的朗德因子為2的結(jié)果，這是完全錯誤的（見下）。

以下討論給出完全的證明：電子純系經(jīng)典粒子，并且其荷質(zhì)比絕對均勻。

那么，對于這樣的經(jīng)典粒子--電子來說，不管其角動量如何變化其軌道回旋比與自旋回旋比永遠相等（只要建立均勻荷質(zhì)比的經(jīng)典粒子模型，立即可證，略）。

考慮到量子力學錯誤因素在內(nèi)，不影響以上及以下討論。研究表明（38）式對電子仍然準確成立。

但量子力學錯誤主要表現(xiàn)在：

11.2量子力學所犯經(jīng)典錯誤

量子力學所犯經(jīng)典錯誤一：將g定義為磁矩"反常"因子。這表明量子力學缺乏了解又理論貧乏，犯指導方向錯誤。以下將給出g因子的真實物理意義和內(nèi)容。

量子力學所犯經(jīng)典錯誤二：認為費米子（電子、質(zhì)子）的自旋量皆為（1/2）?，這是狄拉克根據(jù)量子力學計算的錯誤結(jié)果：實際上是與作為能量單位的?簡單呼應(yīng)導出結(jié)果，沒有物理意義。因而是完全錯誤的。

量子力學所犯經(jīng)典錯誤三：量子力學自覺不自覺混淆并濫用普朗克常數(shù)?的物理概念并偷換之，這叫偷換概念。注意，（37）式中分線上下都有?項。由（33）式可知：

nhω?＝E――――――――――――――（39）

這里?分明表示能量E的單位，這就是（37）式分線上面之?。而（37）式分線下面之?卻是角動量的單位。兩種完全不同的物理概念不容混淆，雖然它們的數(shù)值和量綱完全一致。

稱職的物理學家在未有把握之前不會輕易消去?項。然而量子力學卻毫不顧忌這么做了，那末所得結(jié)果必有詐！

量子力學所犯經(jīng)典錯誤四：以下將證明量子力學完全不了解粒子磁矩實驗的真實物理過程以及（33）、（38）式的真實物理意義。

那么，電子磁矩實驗真實物理內(nèi)容是什么呢？現(xiàn)將（34）式變化如下：

ωe＝（ge·H／?）μB――――――――――（40）

注意，式中μB為玻爾磁子，系作為磁矩的單位出現(xiàn)，為常數(shù)；而?則作為能量的單位出現(xiàn)，亦為常數(shù)；因子ge也是常數(shù)。

那么，（40）式明確表明：ωe與H成正比，而與電子真實角動量無關(guān)（注意式中無有角動量物理量）。也就是說，無論電子真實角動量是多少，（40）式中的ωe都保持不變。

或者由（38）式得：

ωe＝ge·H·γe―――――――――――（41）

式中g(shù)e及γe均為常數(shù)，該式仍然表明ωe只與H成正比，與電子真實角動量無關(guān)。并請注意，這種認識上的差異將產(chǎn)生完全不同的結(jié)論。

由此可結(jié)論：由于粒子磁矩進動實驗結(jié)果與粒子真實角動量這種無關(guān)性（注意：與實驗無關(guān)，并非理論無關(guān)），因而這種試驗就不能直接測得任何粒子真實磁矩。因為完全相反，粒子真實磁矩直接與角動量緊密（理論）相關(guān)（只要建立經(jīng)典粒子模型立即可證）。并且研究表明，這一結(jié)論對任何粒子都成立。

然而，量子力學卻由此直接得出"電子自旋磁矩"μe：

μe＝ge·μB―――――――――――――（42）

注意：這種結(jié)果，①偷換了常數(shù)?概念；②假定電子自旋量為（1/2）?；③并不了解ge因子的真實物理意義，因而是完全錯誤的結(jié)果。

然而，（41）式是有功勞的，它已經(jīng)揭示出粒子磁矩問題的本質(zhì)規(guī)律（量子力學全然不知）。并且，這種規(guī)律的正確性可用下述Ⅳ條磁矩定理表述。

11.3粒子磁矩定理Ⅰ

〖粒子磁矩定理Ⅰ〗:任何粒子（含場粒子及天體，下同）的磁矩問題都是經(jīng)典問題，不存在任何非經(jīng)典問題。

顯然，此定理的證明，不可能立竿以畢。但是，本文如下仍將給出完全的證明！

這定理的證明本身就已是物理學奇跡之一。這已表明量子力學完全無聊！

11.4粒子磁矩定理Ⅱ

〖粒子磁矩定理Ⅱ〗：任何磁矩進動試驗都不能直接測得任何粒子的真實磁矩。但玻爾磁子除外。

其實，上述討論已經(jīng)給出定理Ⅱ的證明。這是由于實驗磁矩進動角頻(ω)與粒子真實角動量(L)無關(guān)，而粒子真實磁矩(μ)卻與粒子真實角動量(L)緊密直接相關(guān)（不可開膠）！

然而，量子力學竟然由實驗直接得出粒子的磁矩結(jié)果。那么，這種結(jié)果必不真實，嚴重有詐！這表明，量子力學先天不足，后天空虛，已養(yǎng)成寄生性和猜測性。所謂寄生旨在寄生于經(jīng)典物理，經(jīng)典物理已清的，量子力學也清楚，并夸其談而娓動聽；經(jīng)典物理未清的，量子力學也一無所知，不得不依賴對實驗進行猜測--并美其名曰"符合"試驗。

11.5粒子磁矩問題理論表達式

研究表明，為了要得到粒子真實磁矩，就必須建立磁矩問題的理論表達式。量子力學對此完全無能。本文大量研究，現(xiàn)給出粒子磁矩問題的準確理論表達式如下：

Kφ＝ω·L／μ·H――――――――――（43）

或為討論方便變?yōu)椋?/p>

ω＝Kφ·μ·H／L――――――――――（44）

注意，這種理論表達式的正確性，可用粒子磁矩定理Ⅲ表述如下：

11.6粒子磁矩定理Ⅲ

〖粒子磁矩定理Ⅲ〗：任何粒子（同上）不管公轉(zhuǎn)還是自旋（旋轉(zhuǎn)軸須平行），其磁矩在磁場中進動角頻ω與粒子磁矩μ成正比，與外加磁場強度H成正比，與粒子角動量L成反比。其比例為常數(shù)。

若用符號Kφ表示這個常數(shù)，那么有：

Kφ＝1.0011596――――――――――――(45)

研究表明，Kφ為物質(zhì)與物質(zhì)場相互作用常數(shù)，并且這是所有粒子（含天體）的共性問題，絕非任何粒子（例如電子）所特有。任何粒子，無例外，都不具反常磁矩內(nèi)稟屬性，以下給出完全的證明。

研究還表明，理論表達式即（43）、（44）式具有普遍意義，對所有粒子（含天體）任何情況（公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)）都準確適用。并都將得到與實驗完全相符的結(jié)果。

這一事實完全表明：

第一，粒子磁矩問題是共性問題。

第二，粒子磁矩問題確系經(jīng)典問題。這表明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗成立（以下還將證明）。

11.7電子及其磁矩

作為物理學者，在將（34）式變?yōu)椋?8）式時不應(yīng)忘記兩件事：

11.7.1物理學者不應(yīng)忘記第一件事

第一件事：由于混淆并（偷）更換常數(shù)?物理概念的結(jié)果，使得（38）式具有了完全特殊的意義。在于，（38）式卻反映且唯能反映電子基態(tài)軌道磁矩真實情況。這是由于唯基態(tài)電子軌道運動角動量為?，也方可與作為能量單位的?相消。這么做的結(jié)果，使得磁矩實驗只能直接測得電子基態(tài)軌道運動真實磁矩，且在數(shù)值上等于玻爾磁子μB：

μB＝ωe·?/ge·H――――――――――（46）

需指出，這是所有磁矩進動試驗所能測得的唯一真實磁矩。除此之外任何粒子任何情況（公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)）的真實磁矩都不可能由磁矩進動實驗直接得出（只要建立經(jīng)典模型立即可證）！

（46）式也可由（34）式直接導出，但物理意義完全不同：在（34）式中，μB系作為磁矩的單位出現(xiàn)，為常數(shù)，?則作為能量的單位出現(xiàn)；而（46）式中μB則是電子基態(tài)軌道真實磁矩，而?為電子基態(tài)軌道運動真實角動量。

11.7.2電子快報

電子快報：

研究表明，（46）式又有引伸的重要物理意義（可謂物理學今古奇觀）：在于由電子自旋的實驗竟然得出電子軌道運動的真實磁矩μB；反而無論如何也不能直接測得電子的自旋真實磁矩。就是說，將電子自旋試驗參數(shù)（自旋進動角頻ωe、自旋試驗場強H、自旋因子ge）代入（46）式，居然得出電子基態(tài)軌道運動真實磁矩μB！并且計算也表明，對其它軌道磁矩（38）式也適用。這便是值得物理學家注意的"電子快報"！于是有：

11.7.3電子磁矩問題的表達通式

因此，可以構(gòu)造電子磁矩問題的表達通式：

μe＝ωe·Le／ge·H――――――――（47）

式中μe既表示電子的自旋磁矩，也表示軌道磁矩，Le則為對應(yīng)的角動量。

11.7.4電子磁矩問題表達通式的應(yīng)用

例一：用電子磁矩表達通式即（47）式求解電子軌道角動量為L2＝2?時的軌道磁矩μ2

解：將L2＝2?代入（47）式有：

μ2＝ωeLe／geH＝ωeL2／geH＝ωe·2?／geH＝2（ωe?／geH）

＝2μB（正確）

研究表明，對電子自旋（47）式當然成立，因為（34）～（38）式是系由自旋試驗而來。只要將電子自旋真實角動量代入（47）式便得電子自旋真實磁矩（以下給出結(jié)果）。

11.7.5莊嚴事實

莊嚴事實：

由電子自旋試驗得到的結(jié)果即（38）式，卻完全適用于電子任何情況（包括自旋各種狀態(tài)，也包括軌道公轉(zhuǎn)各種情況）。這已充分證明〖粒子磁矩定理Ⅲ〗成立，同時證明〖粒子磁矩定理Ⅰ〗也成立。如果電子不是經(jīng)典粒子，（47）式絕不會成立。

11.7.6一條真理

一條真理：

上述莊嚴事實展示一條真理，即下式成立：

ω自／ω公＝ωe／ωB1――――――（48）

式中用ω自表示電子自旋磁矩進動角頻，亦即ωe；而ω公表示電子軌道磁矩進動角頻，亦即ωB。研究表明這是〖粒子磁矩定理Ⅲ〗及〖粒子磁矩定理Ⅰ〗的必然結(jié)果！以下還將對(48)式進一步證明。

這種結(jié)果，唯一表明電子純系經(jīng)典粒子，因為只有經(jīng)典的荷電粒子模型（并且荷質(zhì)比均勻）才有（48）式結(jié)果（只要建立經(jīng)典模型立即可證，略）。

11.7.7量子力學錯誤結(jié)果

然而，量子力學卻得出與（48）式相悖的錯誤結(jié)果：

ωe／ωB＝μe／μB＝ge＝1.0011596―――（49）

顯然，量子力學完全不知常數(shù)ge的真實物理意義。更不知：〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進動試驗都不可能直接測得任何粒子的真實磁矩！然而，量子力學卻直接得出（42）、（49）式結(jié)果。所以這種結(jié)果必不真實，嚴重有詐！也顯然，這種結(jié)果純系根據(jù)實驗比值瞎子摸象。又美其名曰"符合"試驗，多荒唐！

11.7.8物理學者不應(yīng)忘記第二件事--荷質(zhì)比均勻問題

第二件事：電子（作為粒子）自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點微荷質(zhì)比是否均勻？如果微荷質(zhì)比均勻，則（34）～（38）式均成立，反之都不成立。

這問題，只要建立經(jīng)典模型立即可證（略）。同樣可證明，如果粒子內(nèi)部微荷質(zhì)比不均勻?qū)壍拦D(zhuǎn)磁矩影響甚微，可忽略；但對自旋磁矩影響顯著，不可忽視（研究表明質(zhì)子和中子正是這種情況）。然而，量子力學一律忽視！

以下對荷質(zhì)比作定量討論，需要定義。

微荷質(zhì)比的定義：將粒子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點的真實荷質(zhì)比定義為微荷質(zhì)比，用符號q／m表之。

那么，如果粒子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點微荷質(zhì)比點點相同，即：

q／m＝常數(shù)―――――――――――（50）

則被定義為：粒子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比均勻。

否則謂荷質(zhì)比不均勻。

顯然，此類問題量子力學顯得力所不及。但值得慶幸的是，對電子來說大量研究表明（50）式準確成立。也正因如此，才允許（否則不允許）進行（35）～（38）式變換，才有（48）式結(jié)果。否則（48）式不會成立，也不會有（47）是正確結(jié)果。

此外，本文應(yīng)用普適方程已準確推出電子自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)（繁瑣，略），這種結(jié)構(gòu)也準確表明電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點微荷質(zhì)比點點相同。且有：

q／m＝常數(shù)＝e／me―――――――（51）

那么，以下〖粒子磁矩定理Ⅳ〗給（48）式以嚴格證明。

11.8粒子磁矩定理Ⅳ

〖粒子磁矩定理Ⅳ〗：任何粒子（同上）只要是經(jīng)典的，如果（50）式成立，不管公轉(zhuǎn)還是自旋下式總成立：

ω1/ω2＝q1／m1÷q2／m2－―――――（52）

式中q1／m1、q2／m2分別表示兩種情況下的粒子平均荷質(zhì)比；ω1、ω2分別表示兩種情況下磁矩進動角頻；下表"1"、"2"表示兩種情況：其中包括兩種粒子情況m1、m2，或者兩種電荷q1、q2情況，或者表示同一粒子兩種試驗條件，或者表示自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)兩種情況。

這表明（52）式的廣泛適應(yīng)性。它也表明粒子磁矩問題的共性，同時也表明離子磁矩問題的經(jīng)典性。

只要建立經(jīng)典模型，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗立即可證（略）。需指出，〖粒子磁矩定理Ⅳ〗既可由理論表達式推導證明（略），也可由實驗表達式推導（略）。

那么，將（52）式應(yīng)用于電子的自旋與公轉(zhuǎn)兩種情況，則有：

ω1／ω2＝ω自／ω公＝ωe／ωB

＝q1／m1÷q2／m2――――――（53）

式中下標"1"表示電子自旋情況，下標"2"表示電子公轉(zhuǎn)情況。于是：

q1／m1q2／m2e／me

那么有：ω自／ω公ωe／ωB1―――――――（54）

這表明（48）式成立，亦即表明電子自身內(nèi)部荷質(zhì)比均勻。

這再一次證明了電子問題的經(jīng)典性質(zhì)。如果電子不是經(jīng)典粒子（54）式絕不成立。

至此，上述四條磁矩定理嚴格證畢。

那么，這就在事實上徹底打破了《量子力學》關(guān)于電子理論問題的神話--鬼話。

并且至此，已完全、充分、確切地證明了量子力學純系偽科學（非任何偏見）。在哲學及物理學意義上說，此結(jié)論都嚴格準確。

11.9粒子磁矩理論表達式的應(yīng)用

11.9.1用理論表達式計算電子軌道磁矩

例二，應(yīng)用粒子磁矩理論表達式即（43）式求解電子基態(tài)軌道運動角動量為L1＝?時的軌道磁矩μB

解：由（43）及（54）式得

Kφ＝ωBL1／μBH＝ωe?/μBH――――（55）

那么μB＝ωe?/KφH―――――――――――（56）

式中Kφ＝ge（數(shù)值相等但物理意義不同）。顯然，該式與（46）式等價。所以（56）式結(jié)果正確。這表明本文磁矩理論表達式正確成立。

也顯然，對于其它軌道磁矩理論表達式都成立（略）。

那么，（55）式是一個很有用的式子，他好比粒子磁矩問題杠桿，由它可導出所有粒子所有情況（公轉(zhuǎn)和自傳）的真實磁矩。

11.9.2用理論表達式計算電子自旋真實磁矩

例三，用粒子磁矩理論表達式求解電子自旋真實磁矩:μe

解：將磁矩理論表達式用于電子自旋則有

Kφ＝ωeLe/μeH―――――――――――（57）

聯(lián)立（55）、（57）二式則有

μe＝（ωeLe／ωB?）μB――――――（58）

由〖粒子磁矩定理Ⅳ〗及（48）式知：ωe＝ωB，故有：

μe＝（Le／?）μB―――――――――――（59）

只要將電子真實自旋角動量：Le

Le＝(1/401.16764)?―――――――――（60）

（這是本文大量研究結(jié)果，推導繁瑣，略）代入（59）式便得電子自旋真實磁矩：μe

μe＝(1/401.16764)μB――――――――（61）

可有人不敢相信這(61)式結(jié)果。但是，（59）式必正確！

那么，為何量子力學猜測電子自旋量為（1/2）?，又能與實驗"相符"呢？這是由于磁矩實驗表達式即（34）～（38）式與電子真實角動量無關(guān)，不管電子真實角動量是多少，（34）與（38）二式總自洽成立。因此，量子力學詭稱符合實驗，實屬欺詐！

下面考察質(zhì)子。

11.10質(zhì)子及其真實磁矩

考察質(zhì)子磁矩立刻出現(xiàn)困難：卻乏質(zhì)子有關(guān)數(shù)據(jù)。

11.10.1質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)

不過不要緊，本文大量研究已經(jīng)給出質(zhì)子自身結(jié)構(gòu)準確描述，并在幾方面都與實驗完全相符。這種描述給出如下兩個重要結(jié)果：

第一，質(zhì)子自旋真實角動量以LP表示,則為：

LP＝h＝2π?＝6.6260755×10－27(爾格妙)―――（62）

第二，質(zhì)子自旋理論半徑以rP表示，則為：

rP＝1.324100×10－13（cm）――――――（63）

這兩項結(jié)果推導繁瑣，但以下仍將給出出其不意令人嘆為觀止的證明。

仿照電子，對質(zhì)子做如下計算：

EP＝n2LP2/2mPrP2＝n2h2/2mPrP2―――（64）

式中mP為質(zhì)子質(zhì)量，n為量子數(shù)。將（63）、（62）式代入得：

EP＝n2×7.5163935×10－4（爾格）――――（65）

注意：式中數(shù)字恰為質(zhì)子自旋動能，現(xiàn)以符號TP1表示：

TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4（爾格）――――――（66）

那么，據(jù)潛動能定理，質(zhì)子必有潛動能，以TP2表示：

TP2＝TP1＝（1/2）mP·C2

＝7.5163935×10－4(爾格)―――（67）

那么，質(zhì)子必有全動能以EPm表示：

EPm＝TP1＋TP2＝mP·C2

＝1.5032787×10－3（爾格）―――――（68）

這就是聞名遐邇的愛因斯坦"質(zhì)能關(guān)系"式：

E＝mC2――――――――――――――――（69）

這表明質(zhì)子自旋速度恰為光速C，那么質(zhì)子自旋角動量若以符號LP表示必為：

LP＝mP·C·rP＝6.6260755×10－27(爾格妙)

＝h＝2π?―――――――――――――（70）

如上計算表明，（63）、（62）二式必需同時成立。如果LP、rP中一項不成立，則上述計算都不成立。這可謂對質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)初步證明，以下還將證明。

11.10.2質(zhì)子世界

注意，（64）式有著極為豐富的物理內(nèi)容?，F(xiàn)將其變化如下

E＝n2h2/2mPr2――――――――――――（71）

這就是質(zhì)子輻射能場準確數(shù)學表達式，式中r＝rP∞為距離，E的量綱為能量，但其數(shù)值為在r處單位面積上的能量，即能場強度。當距離從∞收縮至rP時，能量E恰為EP即（65）式，且此時質(zhì)能關(guān)系式E＝mC2成立。這說明質(zhì)子活動（自旋）范圍為rP（自旋半徑），亦即（63）式成立。

上述可見，質(zhì)子世界的（作用）范圍為r＝0∞。其中0rP為質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)世界，而rP∞為質(zhì)子（或原子核）的外部作用世界。

11.10.3量子化的根源

注意，（64）式及（71）式能量都是量子化的，并且，這就是世界量子化的真實根源！這是質(zhì)子（原子核）的內(nèi)稟屬性。也并且，原子核（質(zhì)子）以此嚴格規(guī)定并支配著所有外部世界：核外所有電子、原子、分子、晶體、固體、液體、氣體、天體、宇宙的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及宇宙的歷程。這些也都是大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。

11.10.4質(zhì)子與普適常數(shù)

根據(jù)經(jīng)典物理，現(xiàn)將質(zhì)子電荷庫侖自舉能用Epe表示，則：

Epe＝e2/2rP＝8.7296129×10－7（爾格）―――（72）

那么有：

EPm／Epe＝1722.0451＝Φ―――――――（73）

這也就是正文中的普適常數(shù)Φ之值，參見（15）式。式中EPm為質(zhì)子全動能，即（68）式?？梢?，普適常數(shù)Φ還嚴格規(guī)定著質(zhì)子。

注意：（15）式與（73）式是完全不同的計算，然而竟得出完全相同的結(jié)果，即普適常數(shù)Φ之值。這種令人嘆為觀止的結(jié)果，已完全表明本文對質(zhì)子的計算無誤。以上質(zhì)子數(shù)據(jù)都成立。

11.10.5質(zhì)子與反常磁矩

作如下計算：

（TP1＋TP2）／TP1＝1.0011614――――――（74）

這就是試驗測得的"反常磁矩值"。注意文獻［10］介紹："試驗測得電子反常磁矩值為1.0011609(±0.0000024)"。

再做如下計算：

1＋1÷（Φ/2）＝1＋2/Φ＝1.0011614―――（75）

這就是普適常數(shù)Φ與反常磁矩的關(guān)系。

上述計算已經(jīng)表明：

第一，謂反常磁矩值并非為電子所特有，而是物質(zhì)間相互作用常數(shù)，為任何粒子（包括天體）所共有。

第二，本文關(guān)于質(zhì)子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的計算準確無誤。

11.10.6質(zhì)子的真實磁矩

有了上述準備，現(xiàn)在繼續(xù)考察質(zhì)子磁矩。但又出現(xiàn)困難：質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)微荷質(zhì)比是否均勻？不過不要緊：可以先假定其荷質(zhì)比均勻，然后在研究處理。

那么，如果質(zhì)子荷質(zhì)比均勻，亦即假定（50）式對質(zhì)子成立，就可將〖粒子磁矩定理Ⅳ〗應(yīng)用于質(zhì)子和電子兩種粒子。必有：

ω1／ω2＝ωe／ωP＝q1／m1÷q2／m2＝e／me÷e／mP

＝mP／me―――――――――――（76）

式中用下標"1"表示電子，下標"2"表示質(zhì)子，所以有：

ωe／ωP＝mP／me―――――――――――（77）

該式右端為質(zhì)子與電子的質(zhì)量之比，為：

mP／me＝1836.1528―――――――――――（78）

而（77）式左端，實驗（文獻[12]）已經(jīng)測得：

ωe/ωP＝658.210688―――――――――（79）

然而，量子力學（文獻［12］）錯誤地推薦此值為：

ωe／ωP＝μe／μP＝658.210688―――――（80）

顯然，這是錯誤結(jié)果：第一因為，上述〖粒子磁矩定理Ⅱ〗已無余地地指出，任何磁矩進動實驗都不可能直接測得任何粒子的真實磁矩；第二因為，試驗實際測得的數(shù)據(jù)是ω而不μ，

這表明（79）式正確無誤，而（80）式錯誤。

回頭再看，（77）式并不成立！究其原因恰在于：假設(shè)不合理。原來質(zhì)子自身結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比并不均勻！然而，不均勻程度如何？需作如下計算：

mP／me÷ωe/ωP＝1836.1528/658.201688

＝2.7896125――――（81）

注意：這就是質(zhì)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)荷質(zhì)比不均勻程度。因為如果荷質(zhì)比均勻，（77）式必成立（據(jù)磁矩定理Ⅳ）！而事實不成立，恰在于質(zhì)子的荷質(zhì)比不均勻（唯一原因）。故，（81）式準確表征質(zhì)子荷質(zhì)比不均勻程度。

若以符號gP表示質(zhì)子荷質(zhì)比不均勻因子（即不均程度），則有：

gP＝mP／me÷ωe/ωP＝2.7896125――――（82）

大量研究表明，此種關(guān)系對任何粒子都準確成立。

于是粒子荷質(zhì)比不均因子（以符號g表示）的表達通式為：

g＝m／me÷ωe/ω―――――――――――（83）

顯然，這里的荷質(zhì)不均因子與教科書中（文獻［4］）朗德因子數(shù)值相近，但物理意義完全不同。若以符號g''''表示朗德因子，則有：

Kφ＝g''''／g＝1.0011596――――――――（84）

研究表明，（84）式對所有粒子都準確成立。那么，對質(zhì)子則有：

Kφ＝gP''''/gP＝2.79284386/2.7896125

＝1.0011596――――――（85）

看！質(zhì)子也有了"反常磁矩值"：1.0011596。這種計算，再次打破了量子力學關(guān)于電子的神話--鬼話。

所以研究表明，Kφ＝1.0011596為物質(zhì)與物質(zhì)場相互作用常數(shù)（參見〖粒子磁矩定理Ⅲ〗），為任何粒子（包括天體）所共有。并不為電子所特有，因而不能表征磁矩"反常"。

那么，將磁矩理論表達式，即（43）式用于質(zhì)子：

Kφ＝ωP·LP/μP·H―――――――――（86）

聯(lián)立（55）、（86）二式有：

μP＝（ωP·LP／ωe·?）μB―――――――（87）

將（70）、（79）二式代入得；

μP＝(2π／658.210688)μB

＝8.8528430×10－23（爾格／高斯）―――（88）

這就是質(zhì)子自旋真實磁矩！這是質(zhì)子磁矩的第一種算法。用這種算法可以算得任何粒子的真實磁矩，下面介紹另種算法。

11.11粒子磁矩另一種算法

大量研究，下面給出粒子磁矩另種算法表達通式：

μ＝g·γ·L――――――――――――――（89）

研究表明，該式對所有粒子的磁矩都準確適用。雖然教科書中也有一模一樣的公式，但物理意義大相徑庭！

這里，L為粒子真實角動量；γ為所謂的回旋比，但對荷質(zhì)比不均勻的粒子，γ已不再能表征真實回旋比，而只能表征平均荷質(zhì)比概念；g則為荷質(zhì)比不均因子，它表征粒子內(nèi)部荷質(zhì)比不均勻程度，為無量綱常數(shù)，可由實驗測定，也可理論推導。并且有：

gg''''/Kφ―――――――――――――――（90）

式中g(shù)''''為教科書中的"朗德因子"。研究表明（89）、（90）二式對任何粒子（含天體），不管公轉(zhuǎn)還是自轉(zhuǎn)都嚴格成立。

11.11.1電子磁矩另一種算法

對于電子，（90）式變?yōu)椋?/p>

ge＝ge''''/Kφ＝1.0011596/1.00115961―――（91）

這里，電子的ge1，表征電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)各點荷質(zhì)比絕對均勻。并再次證明電子確系經(jīng)典粒子。那么，以上所有計算均有效！

11.11.2用另種算法計算電子軌道磁矩

例四，用（89）式求解電子軌道角動量為L3＝3?時的軌道磁矩μ3

解：對于電子，ge1，γe＝e／（2meC），并將L3＝3?代入（89）式有

μ3＝（e／2meC）×3?＝3μB(正確)

11.11.3用另種算法計算電子自旋磁矩

例五，用（89）式求解電子自旋磁矩:μe

解:對于電子,ge1，γe＝e／（2meC），代入（89）式得

μe＝（e／2meC）Le＝（Le／?）μB―――（92）

此結(jié)果與（59）式全同，正確。

11.11.4質(zhì)子和中子磁矩的另種算法略……

11.12結(jié)語

綜上述可見：

第一，Ⅳ條〖磁矩定理〗完全是經(jīng)典的。

第二，電子、質(zhì)子、中子完全遵從Ⅳ條〖磁矩定理〗，這已無可辯駁地證明：電子、質(zhì)子、中子完全是經(jīng)典粒子?！读孔恿W》純屬主觀臆造！

第三，本文《物理學正論》成立。

參考文獻

[1]理論物理《量子力學》-----------吳大猷著（臺灣）

[2]《物理量和天體物理量》-----------艾倫著（英）

[3]《關(guān)于氦原子的計算》-----------黃崇圣著（成都科技大學學報1980.6）

[4]《原子物理學》----------------諸圣麟著

[5]《氦原子光譜，兼談原子結(jié)構(gòu)》-----朱正擁著（鐵嶺師專學報1986.4）

[6]《18個元素的原子結(jié)構(gòu)計算》------張奎元著（鐵嶺衛(wèi)校?？?988.1）

[7]《36個元素的原子結(jié)構(gòu)計算》------陶寶元著（鐵嶺教育學院院刊1989.1-2）

[8]《物理學》(教材)---------------復(fù)旦大學編

[9]《電動力學》------------------郭碩鴻著

[10]《物理大辭典》-----------------臺灣版

篇7

量子力學完美地解釋了在各種尺度之下物質(zhì)的行為，在所有物質(zhì)科學中是最成功的理論，但也是最詭異的理論。

在量子領(lǐng)域里，粒子似乎可以同時出現(xiàn)在兩個地方，信息傳遞速度可以比光速快，而貓可以同時既是死的又是活的！物理學家已經(jīng)對這些量子世界中吊詭的事情困惑了90年，但他們現(xiàn)在還是一籌莫展。當演化論和宇宙論已經(jīng)成為一般知識時，量子理論仍然讓人認為是奇特的異常事物；盡管在設(shè)計電子產(chǎn)品時，它是很棒的操作手冊，此外就沒什么用處了。由于人們對于量子理論的意義有著深度混淆，便繼續(xù)加深一種印象：量子理論想急切傳達的深奧道理，與日常生活無關(guān)，而且因為過于怪異，以至于一點也不重要。

在2001年，有個研究團隊開始發(fā)展一種模型，或許可以去除量子物理的吊詭之處，至少也會讓這些吊詭不那么令人不安。這個模型被稱為量子貝氏主義，它重新思考波函數(shù)的意義。

在正統(tǒng)量子理論中，一個物體（例如電子）可用波函數(shù)來表示，也就是說波函數(shù)是一種用來描述物體性質(zhì)的數(shù)學式子。如果你想預(yù)測電子的行為，只需推導出它的波函數(shù)如何隨時間變化，計算的結(jié)果可以給你電子具有某種性質(zhì)（例如電子位于某處）的概率。但是如果物理學家進一步假設(shè)波函數(shù)是真實的事物，麻煩就來了。

量子貝氏主義結(jié)合了量子理論與概率理論，認為波函數(shù)不是客觀實在的事物；反之，它主張把波函數(shù)作為使用手冊，是觀察者對于周遭（量子）世界做出適當判斷的數(shù)學工具。明確一點講，觀察者了解一件事：自己的行為與抉擇會無可避免地以無法預(yù)測的方式影響被觀測系統(tǒng)，因此用波函數(shù)來指明自己判斷量子系統(tǒng)具有某種特定性質(zhì)的概率大小。另一個觀察者也用波函數(shù)來描述他所看到的世界，對于同一量子系統(tǒng)而言，可能會得到完全不同的結(jié)論。觀察者的人數(shù)有多少，一個系統(tǒng)（一個事件）可能擁有不同的波函數(shù)就有多少。在觀察者相互溝通、并且修正了各自的波函數(shù)以涵蓋新得到的知識之后，一個有條理的世界觀就浮現(xiàn)了。

最近才轉(zhuǎn)而接受量子貝氏主義的美國康奈爾大學理論物理學家摩明這么說：“在此觀點之下，波函數(shù)或許是‘我們所發(fā)現(xiàn)最有威力的抽象概念’?！?/p>

波函數(shù)不是真實的事物，這種想法早在20世紀30年代就出現(xiàn)了，那時量子力學創(chuàng)建者之一的尼爾斯·波爾在其文章中已經(jīng)這么說。他認為量子理論僅僅是計算工具，即量子論只是“純符號性”的架構(gòu)而已，而波函數(shù)是工具的一部分。量子貝氏主義是第一個為波耳的主張找到數(shù)學基礎(chǔ)的模型，它把量子理論與貝氏統(tǒng)計結(jié)合起來。貝氏統(tǒng)計是一門有200年歷史的統(tǒng)計學，這門學問把“概率”定義成某種類似“主觀信念”的事物。一旦新信息出現(xiàn)，我們的主觀信念也必須跟著更新。針對如何更新，貝氏統(tǒng)計定下了明確的數(shù)學規(guī)則。量子貝氏主義把波函數(shù)解釋成一種會依據(jù)貝氏統(tǒng)計規(guī)則來更新的主觀信念，如此一來，量子貝氏主義的鼓吹者相信神秘的量子力學吊詭就消失了。

以電子為例，每當我們偵測到一個電子，就會發(fā)現(xiàn)它一定是位于某個位置；但是當我們不去看它，則電子的波函數(shù)可能是散開的，代表了電子在某一時刻處于不同地方的可能性；如果我們再去看它，又會看到電子出現(xiàn)在某一個位置。根據(jù)標準說法，觀測促使波函數(shù)在一瞬間“崩陷”而集中于某一個位置之上。

空間各處的崩陷發(fā)生于同一時刻，這種情形似乎違背了“局域性原理”（即物體的任何改變一定是由其附近的另一物體所引起的），如此一來就會引發(fā)一些如愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距作用”的困惑。

量子力學一誕生，物理學家就知道“波函數(shù)的崩陷”是這個理論深深困擾人的一項特點。這個令人不安的謎促使物理學家發(fā)展出各種量子力學的詮釋，但是都沒能完全成功。

然而量子貝氏主義說量子力學根本沒有任何詭異之處。波函數(shù)崩陷只是表示觀察者依據(jù)新信息，忽然且不連續(xù)地更新了他原先分配的概率，就好像醫(yī)生依據(jù)新的計算機斷層掃描結(jié)果，而修正了對癌癥病人病況的判斷。量子系統(tǒng)并沒有經(jīng)歷什么奇怪、不可解釋的變化，改變的是（觀察者選用的）波函數(shù)，波函數(shù)呈現(xiàn)的是觀察者個人的期待。

篇8

如果有人說，在物理世界中有一個百歲的“幽靈”，你會相信嗎？

一百多年前，愛因斯坦也曾一直為這個“幽靈”――量子理論產(chǎn)生的種種現(xiàn)象所困惑。

如今，愛因斯坦逝世已逾六十載，可謎團仍未完全破解。因此，可以毫不夸張地說，量子理論就是這么一個“幽靈”。

在量子理論對世界的描述中，一個物體可以同時處于多個位置，粒子也可以無阻礙似地穿過障礙物，所有的物體都有“波粒二象性”，它既是粒子又是波，兩個分得很開的物體也可以進行某種類似“精神性”的合作……

這些描述聽上去令人毛骨悚然，不可捉摸。難怪量子理論創(chuàng)立者之一的玻爾說過：“如果一個人沒有被量子力學所震驚，那么他就沒有真正懂得量子力學?！?/p>

什么是“量子”

“量子”不是一種粒子，它是一個能量的最小單位。所有的微觀粒子（包括分子、原子、電子、光子）都是量子的一種表現(xiàn)形態(tài)。

眾所周知，世界是由微觀粒子組成的。因此從某種意義上來說，世界本身就是由量子組成的。在物理學中提到“量子”時，實際上指的是微觀世界的一種行為傾向：物質(zhì)或者說粒子的能量和其他一些性質(zhì)（統(tǒng)稱為可觀測物理量）都傾向于不連續(xù)的變化。

以光為例，我們說一個“光量子”，是因為一個光量子的能量是光能量變化的最小單位，光的能量是以光量子的能量為單位一份一份地變化的。其他的粒子情況也是類似的，例如，在沒有被電離的原子中，繞核運動的電子的能量是“量子化”的，也就是說電子的能量只能取特定的離散的值。只有這樣，原子才能穩(wěn)定存在，我們才能解釋原子輻射的光譜。不僅能量，對于原子中的電子，角動量也不再是連續(xù)變化的。

量子物理學告訴我們，電子繞原子核運動時也只能處在一些特定的運動模式上。在這些模式上，電子的角動量分別具有特定的數(shù)值，介于這些模式之間的運動方式是極不穩(wěn)定的。即使電子暫時以其他的方式繞核運動，很快就必須回到特定運動模式上來。

實際上在量子物理學中，所有的物理量的值都可能必須不連續(xù)地、離散地變化。在上世紀初，物理學家馬克斯?普朗克最早猜測到微觀粒子的能量可能是不連續(xù)的。

出生于德國傳統(tǒng)保守家庭的普朗克從小受到良好的教育，雖然具有音樂天賦，十分迷戀音樂，但仍舊立志獻身于科學，研究物理。當他去慕尼黑大學時，一位物理學教授曾勸說他不要學習物理，因為“這門科學中的一切都已經(jīng)被研究過了，只有一些不重要的空白需要填補”。教授的一席話正代表了當時大多數(shù)物理學家的心態(tài)。

然而執(zhí)著的普朗克卻表示：“我并不期望發(fā)現(xiàn)新大陸，只希望能理解已經(jīng)存在的美麗的物理理論，或許能將其加深和發(fā)展那么一點點。”命運總是喜歡開玩笑。本來并未期望在物理研究中“發(fā)現(xiàn)新大陸”的普朗克，卻在不經(jīng)意間成為了量子力學的創(chuàng)始人。

當時，解釋熱力學中的輻射問題，主要有瑞利-金斯定律和維恩位移定律，前者適用于低頻輻射，卻無法解釋高頻率下的測量結(jié)果；而維恩位移定律可以正確反映高頻率下的結(jié)果，但無法符合低頻率下的結(jié)果。

如何才能導出一個新的公式，使得高頻、低頻下都能符合實驗結(jié)果呢？普朗克使用了一種巧妙新穎的方法：運用玻爾茲曼的統(tǒng)計物理，把光當成一個一個的諧振子。在他的假設(shè)中，既然輻射的是一個一個的諧振子，也就是說在黑體輻射時，能量就不是連續(xù)地，而是一份一份地發(fā)射出來的。

據(jù)此，普朗克導出了一個新公式，這個公式在頻率較小時自動回到瑞利-金斯公式，在頻率較大時又自動回到維恩公式。因此，新公式能在所有的頻率范圍與實驗結(jié)果符合。

1900年12月14日，在柏林亥姆霍茲研究所的德國物理學會上，普朗克宣讀了關(guān)于這一結(jié)果的論文。而這一天也被物理學家們定為量子力學的誕生之日。

然而，這一發(fā)現(xiàn)并不是普朗克的初衷。作為一名傳統(tǒng)而保守的物理學家，他只是按照科學方法辦事，并未想要掀起一場革命，連他自己都不知道，自己已經(jīng)把量子這個“妖精”引進了物理學。

普朗克有些后悔，認為自己制造的這個量子“妖精”破壞了物理學的完美。他曾歷經(jīng)15年的時間，試圖尋求一種經(jīng)典物理方法來導出同樣的公式，解決黑體輻射問題，以便挽回“局面”。

然而，他沒有成功。直到1905年，26歲的愛因斯坦利用光量子的假說圓滿解釋了光電效應(yīng)；1913年，28歲的玻爾提出了量子化的原子結(jié)構(gòu)理論；1923年，31歲的德布羅意提出了德布羅意波；1925年，24歲的海森堡創(chuàng)立了矩陣力學；1926年，37歲的薛定諤建立了薛定諤方程……量子力學才逐漸羽翼豐滿，真正使人們看到了量子概念所閃現(xiàn)的耀眼光芒。

說一說“量子疊加”

量子有一個非常奇怪的特性――量子疊加。

什么是量子疊加？經(jīng)典事件里可以用某個物體的兩個狀態(tài)代表0或1，比如一只貓，或者是死，或者是活，但不能同時處于死和活的狀態(tài)中間。

但在量子世界，不僅有0和1的狀態(tài)，某些時候像原子、分子、光子可以同時處于0和1狀態(tài)相干的疊加。比如光子的偏振狀態(tài)，在真空中傳遞的時候，可以沿水平方向振動，可以沿豎直方向振動，也可以處于45°斜振動，這個現(xiàn)象正是水平和豎直偏振兩個狀態(tài)的相干疊加。

這種所謂的量子相干疊加是量子世界與經(jīng)典世界的根本區(qū)別。

著名的“薛定諤貓”形象地描述了這個佯謬。在經(jīng)典世界里，貓要不然是活的，要不然是死的，然而一只量子的貓卻可以處在“死”和“活”的疊加狀態(tài)上。那么這只量子“薛定諤貓”到底是死的還是活的呢？

量子測量原理給出的答案是，如果你不去看這只貓，它既不是死的也不是活的！如果你去看這只貓，那么它也許是死的，也許是活的！

正因為有量子疊加狀態(tài)，才導致量子力學不確定原理，即如果事先不知道單個量子狀態(tài)，就不可能通過測量把狀態(tài)的信息完全讀??；不能讀取就不能復(fù)制。這是量子的兩個基本特性。

在量子疊加原理基礎(chǔ)之上，衍生出了量子的另一個奇妙特性，叫做“量子糾纏”。比方說，甲、乙兩人分處異地，兩人同時玩一個游戲――擲骰子，甲在一地扔骰子，每次扔一下，1/6的概率隨機得到1到6結(jié)果中的某一個；同時，乙在另一地擲骰子，盡管兩人每一次單邊結(jié)果都是隨機的，但每一次的結(jié)果卻是一模一樣的，就好像是雙胞胎心靈感應(yīng)一樣。這就是“量子糾纏”。

若兩個量子粒子處在特殊的狀態(tài)（俗稱“糾纏態(tài)”）中，不管其空間分離得多遠，當對其中一個粒子施行操作或測量，遠處的另一個粒子狀態(tài)會瞬時地發(fā)生相應(yīng)的改變，愛因斯坦稱這個現(xiàn)象為“幽靈般的超距作用”。當時，愛因斯坦認為，怎么會允許兩個客體在遙遠的兩地之間有這種詭異的互動呢？據(jù)此，他質(zhì)疑量子理論的完備性。

1982年，法國物理學家Alain Aspect和他的小組證實了“量子糾纏”的超距作用確實存在。

但直到2015年，荷蘭代爾夫特理工大學物理學家Ronald Hanson領(lǐng)導的團隊進行了一項被他們稱之為“無漏洞貝爾測試”的實驗，“幽靈般的超距作用”才得到比較嚴格的驗證。

有了量子糾纏，量子隱形傳輸?shù)母拍畋愫糁觥?/p>

通俗來講，量子隱形傳輸是將甲地某一粒子的未知量子態(tài)，在乙地的另一粒子上還原出來。由于量子力學的不確定原理和量子態(tài)不可克隆原理，限制我們將原量子態(tài)的所有信息精確地全部提取出來。因此必須將原量子態(tài)的所有信息分為經(jīng)典信息和量子信息兩部分，它們分別由經(jīng)典通道和量子通道送到乙地。根據(jù)這些信息，在乙地構(gòu)造出原量子態(tài)的全貌。

1997年，在奧地利留學的中國青年學者潘建偉與荷蘭學者波密斯特等人合作，首次實現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠程傳輸。這是國際首次在實驗上成功地將一個量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。

量子也可以“接地氣”

多年來，科學家們努力運用量子世界種種奇異的性質(zhì)開拓出適用于經(jīng)典世界的新技術(shù)，將向來被公眾認為高深莫測“詭異”的量子物理從云端落地到人世間，服務(wù)社會大眾。

其實，量子理論是一門非常實用的學科。

早在第二次世界大戰(zhàn)之前，它的原理就已經(jīng)被運用于分析金屬和半導體的電學和熱學性質(zhì)。戰(zhàn)后，晶體管和激光器這兩個運用量子理論原理且廣為人知的裝置，更是極大地推動了信息革命的發(fā)展。

到本世紀初，在我們的周圍隨處可見直接或間接運用量子理論的技術(shù)和裝置。從常見的CD唱片機到龐大的現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)、從無水涂料到激光制動車閘、從醫(yī)院的核磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術(shù)已經(jīng)滲透到我們的生活中。

另外，計算能力的飛躍也是量子理論的重要應(yīng)用之一。在經(jīng)典計算機中，每個比特都只有0和1這兩種狀態(tài)。但在量子計算中，每個比特可以處在0和1的疊加狀態(tài)，一旦操縱的量子數(shù)目增多，它就會以指數(shù)增長的形式來提升運算速度，有并行運算的能力。

比如，利用萬億次經(jīng)典計算機分解300位的大數(shù)需要15萬年，利用萬億次量子計算機，只需要1秒。同樣，在大數(shù)據(jù)和人工智能里，求解一個億億億變量的方程組，利用目前最快的億億次“天河二號”計算機大概需要100年左右，但是如果利用萬億次的量子計算機，只需要0.01秒。

量子計算的應(yīng)用非常廣泛，不僅可以解決大規(guī)模的計算機難題，破解經(jīng)典密碼，進行氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、金融分析、石油勘探，而且還能揭示新能源新材料、高溫超導、量子霍爾效應(yīng)等復(fù)雜的物理機制。不過，量子糾纏“分身術(shù)”的特性有一個更為直接的應(yīng)用，便是量子保密通信。

現(xiàn)在被認為最安全的信息傳遞方式是光纖通訊。光纜能把所有的光能限制在光纖里，外面得不到能量，所以這個傳輸被認為是安全的。但隨著科技發(fā)展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分能量，我們就能夠竊聽光纜傳遞的信號。

這是因為經(jīng)典通信的信號只有0和1，發(fā)生竊聽時，這兩種信號不會被擾動。比方說，兩人打電話時，他人可通過竊聽器從通信線路中的上千萬個電子中分出一些電子，使其進入另一根線路，從而實現(xiàn)竊聽，而通話者無法察覺?！袄忡R門”等事件的曝光便是最好的例證。

而量子通信則完全不會出現(xiàn)這個問題，這是因為其密鑰具有不可復(fù)制性和絕對安全性。一旦有人竊取密鑰，整個通信信息就會“自毀”并告知使用者。比如，甲、乙二人要進行安全通信，甲發(fā)出的光子信息狀態(tài)有水平、豎直、45°等，假設(shè)有人竊聽，由于光子不可分割，首先竊聽者根本無法分割出“半個光子”；其次，因為單次測量測不準、不可克隆的量子態(tài)特性，竊聽者無法復(fù)制信息；倘若竊聽者截獲光子，乙就收不到信息，也就不存在竊聽。

篇9

【關(guān)鏈詞】計算機發(fā)展趨勢 新型計算機

一、 前言

計算機的發(fā)展將趨向超高速、超小型、并行處理和智能化。自從1944年世界上第一臺電子計算機誕生以來，計算機技術(shù)迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)計算機的性能受到挑戰(zhàn)，開始從基本原理上尋找計算機發(fā)展的突破口，新型計算機的研發(fā)應(yīng)運而生。未來量子、光子和分子計算機將具有感知、思考、判斷、學習以及一定的自然語言能力，使計算機進人人工智能時代。這種新型計算機將推動新一輪計算技術(shù)革命，對人類社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

二、智能化的超級計算機

超高速計算機采用平行處理技術(shù)改進計算機結(jié)構(gòu)，使計算機系統(tǒng)同時執(zhí)行多條指令或同時對多個數(shù)據(jù)進行處理，進一步提高計算機運行速度。超級計算機通常是由數(shù)百數(shù)千甚至更多的處理器(機)組成，能完成普通計算機和服務(wù)器不能計算的大型復(fù)雜任務(wù)。從超級計算機獲得數(shù)據(jù)分析和模擬成果，能推動各個領(lǐng)域高精尖項目的研究與開發(fā)，為我們的日常生活帶來各種各樣的好處。最大的超級計算機接近于復(fù)制人類大腦的能力，具備更多的智能成份.方便人們的生活、學習和工作。世界上最受歡迎的動畫片、很多耗巨資拍攝的電影中，使用的特技效果都是在超級計算機上完成的。日本、美國、以色列、中國和印度首先成為世界上擁有每秒運算1萬億次的超級計算機的國家，超級計算機已在科技界內(nèi)引起開發(fā)與創(chuàng)新狂潮。

三、新型高性能計算機問世

硅芯片技術(shù)高速發(fā)展的同時，也意味看硅技術(shù)越來越接近其物理極限。為此，世界各國的研究人員正在加緊研究開發(fā)新型計算機，計算機的體系結(jié)構(gòu)與技術(shù)都將產(chǎn)生一次量與質(zhì)的飛躍。新型的量子計算機、光子計算機、分子計算機、納米計算機等，將會在二十一世紀走進我們的生活，遍布各個領(lǐng)域。

1.量子計算機

量子計算機的概念源于對可逆計算機的研究，量子計算機是一類遵循量子力學規(guī)律進行高速數(shù)學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機是基于量子效應(yīng)基礎(chǔ)上開發(fā)的，它利用一種鏈狀分子聚合物的特性來表示開與關(guān)的狀態(tài)，利用激光脈沖來改變分子的狀態(tài).使信息沿著聚合物移動.從而進行運算。量子計算機中的數(shù)據(jù)用量子位存儲。由于量子疊加效應(yīng)，一個量子位可以是0或1，也可以既存儲0又存儲1。因此，一個量子位可以存儲2個數(shù)據(jù)，同樣數(shù)量的存儲位，量子計算機的存儲量比通常計算機大許多。同時量子計算機能夠?qū)嵭辛孔硬⑿杏嬎悖溥\算速度可能比目前計算機的Pentium DI晶片快10億倍。除具有高速并行處理數(shù)據(jù)的能力外，量子計算機還將對現(xiàn)有的保密體系、國家安全意識產(chǎn)生重大的沖擊。

無論是量子并行計算還是量子模擬計算，本質(zhì)上都是利用了量子相干性。世界各地的許多實驗室正在以巨大的熱情追尋著這個夢想。目前已經(jīng)提出的方案主要利用了原子和光腔相互作用、冷阱束縛離子、電子或核自旋共振、量子點操縱、超導量子干涉等。量子編碼采用糾錯、避錯和防錯等。量子計算機使計算的概念煥然一新。

2.光子計算機

光子計算機是利用光子取代電子進行數(shù)據(jù)運算、傳翰和存儲。光子計算機即全光數(shù)字計算機，以光子代替電子，光互連代替導線互連，光硬件代替計算機中的電子硬件，光運算代替電運算。在光子計算機中，不同波長的光代表不同的數(shù)據(jù)，可以對復(fù)雜度高、計算量大的任務(wù)實現(xiàn)快速地并行處理。光子計算機將使運算速度在目前基礎(chǔ)上呈指數(shù)上升。

3.分子計算機

分子計算機體積小、耗電少、運算快、存儲量大。分子計算機的運行是吸收分子晶體上以電荷形式存在的信息，并以更有效的方式進行組織排列。分子計算機的運算過程就是蛋白質(zhì)分子與周圍物理化學介質(zhì)的相互作用過程。轉(zhuǎn)換開關(guān)為酶，而程序則在酶合成系統(tǒng)本身和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中極其明顯地表示出來。生物分子組成的計算機具備能在生化環(huán)境下，甚至在生物有機體中運行，并能以其它分子形式與外部環(huán)境交換。因此它將在醫(yī)療診治、遺傳追蹤和仿生工程中發(fā)揮無法替代的作用。目前正在研究的主要有生物分子或超分子芯片、自動機模型、仿生算法、分子化學反應(yīng)算法等幾種類型。分子芯片體積可比現(xiàn)在的芯片大大減小，而效率大大提高，分子計算機完成一項運算，所需的時間僅為10微微秒，比人的思維速度快100萬倍。分子計算機具有驚人的存貯容量，1立方米的DNA溶液可存儲1萬億億的二進制數(shù)據(jù)。分子計算機消耗的能量非常小，只有電子計算機的十億分之一。由于分子芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以分子計算機既有自我修復(fù)的功能，又可直接與分子活體相聯(lián)。美國已研制出分子計算機分子電路的基礎(chǔ)元器件，可在光照幾萬分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。以色列科學家已經(jīng)研制出一種由DNA分子和酶分子構(gòu)成的微型分子計算機。預(yù)計20年后，分子計算機將進人實用階段。

4.納米計算機

納米計算機是用納米技術(shù)研發(fā)的新型高性能計算機。納米管元件尺寸在幾到幾十納米范圍，質(zhì)地堅固，有著極強的導電性，能代替硅芯片制造計算機?！凹{米”是一個計量單位，大約是氫原子直徑的10倍。納米技術(shù)是從20世紀80年代初迅速發(fā)展起來的新的前沿科研領(lǐng)域，最終目標是人類按照自己的意志直接操縱單個原子，制造出具有特定功能的產(chǎn)品?，F(xiàn)在納米技術(shù)正從微電子機械系統(tǒng)起步，把傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上而構(gòu)成一個系統(tǒng)。應(yīng)用納米技術(shù)研制的計算機內(nèi)存芯片，其體積只有數(shù)百個原子大小，相當于人的頭發(fā)絲直徑的千分之一。納米計算機不僅幾乎不需要耗費任何能源，而且其性能要比今天的計算機強大許多倍。美國正在研制一種連接納米管的方法，用這種方法連接的納米管可用作芯片元件，發(fā)揮電子開關(guān)、放大和晶體管的功能。專家預(yù)測，10年后納米技術(shù)將會走出實驗室，成為科技應(yīng)用的一部分。納米計算機體積小、造價低、存量大、性能好，將逐漸取代芯片計算機，推動計算機行業(yè)的快速發(fā)展。

我們相信，新型計算機與相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，是二十一世紀科技領(lǐng)域的重大創(chuàng)新，必將推進全球經(jīng)濟社會高速發(fā)展，實現(xiàn)人類發(fā)展史上的重大突破?？茖W在發(fā)展，人類在進步，歷史上的新生事物都要經(jīng)過一個從無到有的艱難歷程，隨著一代又一代科學家們的不斷努力，未來的計算機一定會是更加方便人們的工作、學習、生活的好伴侶。

參考文獻：

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篇10

在全球的量子通信競賽中，中國雖然并不是起步最早的，但是在中國科學院院士潘建偉等眾多人的不懈努力下，中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實現(xiàn)“彎道超車”，并成為首個將量子科學實驗衛(wèi)星送入太空的國家。

早在數(shù)年前，星地量子通信的中國夢已引發(fā)了世界的關(guān)注。

2012年8月9日，國際權(quán)威學術(shù)期刊《自然》雜志以封面標題形式發(fā)表了中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室潘建偉團隊的研究成果：他們在國際上首次成功實現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。

這一成果不僅刷新世界紀錄，有望成為遠距離量子通信的“里程碑”，而且為發(fā)射全球首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點”。

同年12月6日，《自然》雜志為該成果專門撰寫了長篇新聞特稿《數(shù)據(jù)隱形傳輸：量子太空競賽》，詳細報道了這場激烈的量子太空競賽。

建立“量子互聯(lián)網(wǎng)”

2009年，潘建偉和他的中國科大物理學家團隊從位于北京北部丘陵的長城附近的實驗點，將激光瞄準了16公里之外的屋頂上的探測器，然后利用激光光子的量子特性將信息“瞬移”過去。

這個距離刷新了當時量子隱形傳態(tài)的世界紀錄，他們朝著團隊的終極目標――將光子信息隱形傳送到衛(wèi)星上――邁進了重要的一步。

如果這一目標實現(xiàn)，將會建立起“量子互聯(lián)網(wǎng)”的第一個鏈接，這個網(wǎng)絡(luò)將是運用亞原子尺度物理規(guī)律創(chuàng)建的一個超級安全的全球通信網(wǎng)絡(luò)。這也證實了中國在量子領(lǐng)域的不斷崛起，從十幾年前并不起眼的角色發(fā)展為現(xiàn)在的世界勁旅。

2016年，中國領(lǐng)先歐洲和北美，發(fā)射了一顆致力于量子科學實驗的衛(wèi)星。

這為物理學家提供了一個測試量子理論基礎(chǔ)，以及探索如何融合量子理論與廣義相對論（是愛因斯坦關(guān)于空間、時間和引力所提出的截然不同的理論）的全新平臺。

這也標志著潘建偉與維也納大學物理學家Anton Zeilinger之間的友誼（雖然存在激烈競爭）達到高峰。

Zeilinger曾是潘建偉的博士生導師；之后的七年，二人在遠距離量子隱形傳態(tài)研究的賽跑中棋逢對手；此后他們又建立了合作關(guān)系。衛(wèi)星發(fā)射成功之后，兩位物理學家將創(chuàng)建第一個洲際量子加密網(wǎng)絡(luò)，通過衛(wèi)星連接亞洲和歐洲。

“我們有句老話，一日為師終身為父，”潘建偉說，“科研上，Zeilinger和我平等合作，但在情感上，我一直把他當作我尊敬的長輩。”

迅速崛起

2001年，潘建偉建立了中國第一個光量子操縱實驗室；2003年，他提出了量子衛(wèi)星計劃。那時的他才30歲出頭。2011年，41歲的潘建偉成為當時最年輕的中科院院士。

潘建偉小組的成員陳宇翱說：“他幾乎單槍匹馬地把這個項目推進下去，并使中國在量子領(lǐng)域有了立足之地?！?/p>

潘建偉為何有如此動力？這要追溯到上世紀80年代后期他在中國科大的本科讀書經(jīng)歷。

那時，他第一次接觸到了原子領(lǐng)域一些“奇怪”的概念。微觀客體可以處于多個狀態(tài)的迭加態(tài)：例如，一個粒子可以同時處在順時針自旋狀態(tài)和逆時針自旋狀態(tài)，或者可以同時存在于兩個地方。這種多重的個性在數(shù)學上用波函數(shù)來描述，波函數(shù)給出了粒子處于每個狀態(tài)的概率。只有在粒子的某一特性被測量時，波函數(shù)才會坍塌，相應(yīng)的粒子才會處于一個確定地點的確定狀態(tài)。至關(guān)重要的是，即使在原則上都無法預(yù)言單次實驗的結(jié)果，粒子處于每個狀態(tài)的概率僅表現(xiàn)為一個統(tǒng)計分布，并且只有通過多次重復(fù)實驗才能得到。

由于量子糾纏的特性，當考慮兩個或更多個粒子時，情況變得更加“古怪”了。多粒子系統(tǒng)可以被制備到某種狀態(tài)：即使粒子間距離遙遠，即使粒子的物理性質(zhì)僅當其被測量時才會存在確定的值，對于每個粒子某個物理性質(zhì)的測量結(jié)果之間總是會存在某種關(guān)聯(lián)性。

這種怪異性就好比分別位于維也納和北京的兩位物理學家同時擲硬幣，他們會發(fā)現(xiàn)每次結(jié)果都是正面朝上，或者都是反面朝上。

“我對這些奇怪的量子特性感到著迷?！迸私▊フf，“它們幾乎使我無法分心去學習其它東西。”他想驗證這些不可思議的理論，但是在當時的中國，他找不到合適的量子物理實驗室。

20世紀90年代中期，Zeilinger在奧地利因斯布魯克大學建立了自己的量子實驗室，并且需要一名學生來檢驗他的一些實驗猜想。潘建偉認為這是一個理想的選擇。于是，與大多數(shù)中國學生的選擇不同，潘建偉來到奧地利師從Zeilinger，與Zeilinger開始了一段決定二人此后二十年間事業(yè)上并駕齊驅(qū)的關(guān)系。

當潘建偉在Zeilinger實驗室施展他的專業(yè)才華時，世界各地的物理學家開始慢慢認識到，曾令潘建偉著迷的、深奧難懂的量子特性可以被用來創(chuàng)造比如量子計算機。

由于一個量子比特可以同時存在于0和1的疊加，它可能會建立起更快、更強大、能夠?qū)⒍鄠€量子比特糾纏起來的量子計算機，并能以驚人的速度并行執(zhí)行某些運算。

另一個新興的概念是極度安全的量子加密，可應(yīng)用在比如銀行交易等方面。其中的關(guān)鍵是測量一個量子系統(tǒng)會不可避免地破壞這個系統(tǒng)。因此，發(fā)報方（通常稱為“Alice”）和信息的接收方（通常稱為“Bob”）兩個人能夠產(chǎn)生并共享一套量子密鑰，其安全性在于來自竊聽者的任何干擾都會留下痕跡。

2001年，潘建偉回到中國的時候，量子技術(shù)的潛力已經(jīng)得到公認，并吸引了中國科學院和中國國家自然科學基金委員會的財政支持。

“幸運的是，2000年中國的經(jīng)濟開始增長，因此當時立即迎來了從事科研工作的好時機?！迸私▊フf。他全身心投入到了夢想中的實驗室的建設(shè)當中。與此同時，在奧地利，Zeilinger轉(zhuǎn)到維也納大學。在那里，因為他的遠見卓識，Zeilinger繼續(xù)創(chuàng)造著量子紀錄。他最著名的實驗之一表明，巴基球（含有60個碳原子的富勒烯分子）可以表現(xiàn)出波粒二象性，這是一個奇特的量子效應(yīng)，很多人曾認為在如此大的分子中不可能存在這種效應(yīng)。

“每個人都在談?wù)摽梢杂眯〉碾p原子分子來嘗試一下這個實驗?！盳eilinger回憶說，“我說，‘不，伙伴們，不要只是思考前面的一兩步，請思考一下我們?nèi)绾文軐崿F(xiàn)一個超出所有人想象的大跳躍。’”

這使潘建偉深受教益。世界各地的物理學家們開始構(gòu)思，如何利用尚未實現(xiàn)的量子計算機來連接未來的量子互聯(lián)網(wǎng)。當大多數(shù)人仍滿足于在實驗臺上安全地得到量子信息時，潘建偉已經(jīng)開始思考如何能夠在太空中實現(xiàn)信息的隱形傳送。

紐約IBM的計算機科學家Charles Bennett和他的同事在1993年首次提出“量子隱形傳態(tài)”的概念，之所以有此名稱，陳宇翱說：它就像來自于《星際旅行》一樣，它使得關(guān)于一個量子客體的全部信息在某個地點被掃描輸入，并在一個新的地點重構(gòu)出來。這其中的關(guān)鍵就是糾纏：因為對處于糾纏態(tài)的其中一個粒子的操作會影響到另一個粒子。不管兩個粒子距離多遠，它們可以像一條量子電話線兩端的電話機那樣控，在兩個相距甚遠的地點之間傳送量子信息。

當同時產(chǎn)生的糾纏粒子被發(fā)送到電話線連接的兩端時，問題就出現(xiàn)了。傳遞過程中充滿著噪音、散射相互作用和各種形式的其它干擾，任何一種干擾都會破壞隱形傳態(tài)所必需的精巧的量子關(guān)聯(lián)。例如，目前糾纏光子是通過光纖傳輸，但是光纖會吸收光，這使得光子的傳輸距離僅限于幾百公里。標準的放大器起不到作用，因為放大過程會破壞量子信息。陳宇翱說：“要在城域距離之外實現(xiàn)隱形傳態(tài)，我們需要衛(wèi)星的幫助。”

但是當光子通過地球湍流的大氣層一直向上，到達幾百公里的衛(wèi)星時，糾纏會不會繼續(xù)保持？為了回答這個問題，潘建偉的研究團隊于2005年開展了晴空下傳輸距離不斷擴大的地基可行性實驗，探究光子與空氣分子發(fā)生碰撞后能否繼續(xù)維持糾纏性質(zhì)。但他們還需要建立一個靶標探測器，這個探測器必須小到能夠裝配到衛(wèi)星上，并且靈敏度必須足以從背景光中篩選出被傳送的光子，而且還得保證，他們可以將光子束足夠聚焦，讓其能夠打到探測器。

這個工作激起了Zeilinger的競爭意識?！爸袊嗽谧隽?，因此我們想，為什么我們不試試呢？一些友好的競爭總是好的?！?/p>

競爭促使光子傳輸距離的世界紀錄不斷被刷新。在接下來的七年中，中國的研究團隊通過在合肥、北京長城以及在青海開展的一系列實驗，將隱形傳態(tài)的距離越推越遠，直到它超過97公里。

2012年5月，他們將成果張貼在物理預(yù)印本服務(wù)器ArXiv上。這讓奧地利團隊十分懊惱，因為他們正在撰寫在加那利群島之間隱形傳態(tài)光子的實驗論文。

8天后，他們在ArXiv上貼出了論文，報道他們的隱形傳態(tài)取得了143公里的新紀錄。兩篇文章最終先后發(fā)表在《自然》雜志上。

“我認為這可以表明一個事實，即每個實驗都有不同以及互補的價值。”維也納大學物理學家、奧地利團隊成員馬曉松說。

在自由空間量子通信領(lǐng)域，中國團隊和奧地利團隊之間不斷競爭，從糾纏光子的分發(fā)到量子隱形傳態(tài)，創(chuàng)造了一個又一個的里程碑。

兩支團隊都認為，向衛(wèi)星進行隱形傳態(tài)在科學原理上已不存在問題。他們亟需的是一顆衛(wèi)星來裝載功能齊備的有效載荷設(shè)備，開展相關(guān)的量子實驗檢驗。Zeilinger的研究組一直在與歐洲空間局（ESA）商討建立量子衛(wèi)星計劃，但這些努力因拖延而漸漸告吹。

Zeilinger說：“它的運行機制太慢了，以至于沒有做出任何決策。”一方面是歐空局的猶豫，另一方面中國國家航天局緊抓機會，得以擴大領(lǐng)先優(yōu)勢。在此當中，潘建偉起到了決定性的推進作用。“量子衛(wèi)星”的發(fā)射使得潘建偉在量子空間競賽中處于領(lǐng)先地位，他的研究團隊將著手開展大量的科學實驗。

成功的關(guān)鍵

如果沒有通信對象，開發(fā)全球首個量子通信網(wǎng)絡(luò)就失去了意義。因此，潘建偉邀請他從前的競爭對手加入這個項目。他們的第一個共同目標是在北京和維也納之間生成和共享一個安全的量子密鑰。

“總之，任何一個小組都無法獨立完成向衛(wèi)星隱形傳態(tài)這一極其艱巨的任務(wù)?！瘪R曉松說。盡管政府的主要興趣在于它可以推進技術(shù)前沿，但許多物理學家對這個衛(wèi)星項目如此著迷卻是因為其它原因?！白鳛橐幻茖W家，驅(qū)使我不斷前行的動力在于進一步探尋物理學的基礎(chǔ)。”陳宇翱表示。

迄今為止，量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復(fù)檢驗，但這些檢驗卻從未在太空尺度中進行過。而且有理論認為，如果量子理論可能會在某處遭遇挑戰(zhàn)，那必然是太空。大尺度是由另一個基本物理理論所掌控：廣義相對論。相對論將時間作為另一種維度與三維空間交織，從而創(chuàng)造一個四維時空結(jié)構(gòu)，包括宇宙。在巨大的物體如太陽周圍，這種可塑結(jié)構(gòu)將發(fā)生彎曲，表現(xiàn)為引力，引力將較小質(zhì)量的物體如行星拉向巨大物體。

目前的挑戰(zhàn)是，量子理論和廣義相對論對時空概念有著完全不同的理解，物理學家們一直致力于將它們?nèi)谌胍粋€統(tǒng)一的量子引力理論框架。在愛因斯坦的繪景里，即使在無窮小尺度上，時空都是完全光滑的。然而，量子不確定性卻意味著不可能在如此小的距離上測量空間性質(zhì)。目前尚不清楚是量子理論還是廣義相對論需要進行修正，抑或二者都要進行修正。

而衛(wèi)星實驗可以幫助測試量子理論的規(guī)則在引力牽引不能被忽略的尺度上是否仍然適用。

一個明顯的問題是，量子糾纏是否可以延伸到地球和衛(wèi)星之間。為了回答這個問題，研究組計劃在衛(wèi)星上制備一系列糾纏粒子對，將每對中的兩個粒子分別發(fā)送到兩個地面站，然后測量兩個粒子的性質(zhì)以驗證它們是否仍然存在關(guān)聯(lián)――而且設(shè)備運轉(zhuǎn)良好。

“如果糾纏不再存在，我們就不得不尋找另一種理論來代替量子理論?！毖芯肯蛐l(wèi)星進行隱形傳態(tài)方案的瑞士日內(nèi)瓦大學理論物理學家Nicolas Brunner說。

該衛(wèi)星還可更進一步，檢驗一些候選的量子引力理論對時空結(jié)構(gòu)的預(yù)言。比如，所有這些理論都預(yù)測，如果科學家能以某種方式在10～35米（即普朗克長度）這一尺度觀測，空間、時間將呈現(xiàn)為顆粒狀。如果事實確實如此，那么光子從衛(wèi)星沿著這條顆粒感的道路的穿梭將會輕微減速，而且偏振方向?qū)⒂幸粋€微小、隨機的偏轉(zhuǎn)――這些效應(yīng)應(yīng)該足以被地面站記錄下來。

“衛(wèi)星將開啟一個真正全新的窗口，通往一個實驗物理學家此前從未涉足過的領(lǐng)域，這非常神奇。”來自意大利羅馬薩皮恩扎大學的物理學家Giovanni Amelino-Camelia說。