第二次量子革命要干什么？主要有这两件事情要做

1. 第二次量子革命要干什么？主要有这两件事情要做

激光通信
量子力学是人类迄今最成功的理论，此理论衍生出诸如激光（光通信，互联网）、半导体（电脑，手机……），核能等，是造福于人类一个世纪的先进技术。但自量子论诞生一百多年来，科学家关于量子世界的奥秘却一直争论不休，迄今仍不知其答案。

手机电脑
量子力学的第一个百年（第一次革命）人们主要只做一件事，求解薛定谔方程，并取得辉煌成果，研制成功激光、晶体管等新型器件，将人类社会引进繁荣的信息时代。这一百年，人们只能问量子力学能让我们“做什么”，而不去问“为什么”。

核能
量子信息的诞生打破了这个沉寂的僵局，因为量子信息领域涌现出许多新的物理概念，例如：纠缠、量子关联、非局域性……；同时研发出新的实验方法和工具，提供研究量子世界奥秘的新工具，点燃了量子力学的第二次革命。国际著名刊物《自然·物理》2014年发表编辑部纪念贝尔定理五十周年的评论，指出：将揭开“量子谜团”！

文见Nature 510, 312 (2014)
那么第二次量子革命究竟要干什么，这里有两件事要做——其一是继续“做什么”；其二是追问“为什么”。
第一次量子革命只是基于量子力学的原理开发出新型的经典器件（激光、半导体、电脑、手机……）造福于人类，这些器件遵从经典物理规律。
第二次量子革命则是直接开发基于量子特性本身的量子器件，这些器件遵从量子力学规律，它以量子态（量子比特）为单元，信息的产生、传输、存储、处理、操控等全都基于量子力学规律，是地道的量子器件，称为量子信息技术。其信息功能远远超越相应的经典器件，能突破现有信息技术的物理极限，在信息处理速度、信息安全、信息容量、信息检测等方面将发挥极大的作用，这种崭新的技术将给人类社会带来翻天覆地的变化。
目前正在开发的主要量子信息器件和技术，有量子计算、量子密码、量子网络、量子模拟、量子传感等，这些量子器件和技术的物理基础直接应用到量子世界的特性，如量子态叠加性，量子非局域性，量子不可克隆性等。第二次量子革命“做什么”就是开发基于量子特性的量子器件，促使人类从经典技术跨越到量子技术的新时代。
第二次量子革命要做的另一件事，是追问“为什么”。主要聚焦在下列两个方面：
l 量子世界的奥秘
l 量子世界与经典世界的兼容

量子世界当前科学界关注的热点问题有如下几个方面：
1.量子世界与经典世界的界限问题（薛定谔猫佯谬）
经典世界和量子世界遵循着不同的物理规律。现实世界中宏观物质（经典）由原子、电子等微观粒子所构成。后者是量子世界，两者和谐于同一个客体中，那么，经典世界和量子世界的界限在哪里？更具体的问题是：薛定谔的猫态在何处不再存在？在量子世界和经典世界的边界附近是否有新的物理？当前，实验物理学家正在努力制备更大的宏观叠加态，以期对这一问题进行深入研究。
2.量子测量问题
量子测量是量子力学基础的核心问题之一。量子力学的哥本哈根解释中，量子测量包含一个波包塌缩的过程，这个塌缩过程无法由量子动力学过程来描述。这就使得整个的量子力学需要有两个不同的过程：幺正演化和波包塌缩，这是不可接受的。更大的问题在于，对于这个塌缩过程人们知之甚微。为此，物理学家们尝试了各种能将波包塌缩过程去掉的量子测量理论，比如消相干理论，多世界理论等，然而到现在为止，人们仍未能找到一种令人满意的量子测量理论。
3.隐变量和非局域问题
量子力学测量结果的随机性也是人们对量子力学不满意的重要原因之一。为消除随机性，人们尝试了不同的隐变量理论，比如，贝尔的局域隐变量理论和玻姆的导引波隐变量理论。人们已经发现局域隐变量理论与量子力学是不相容的，这说明量子力学是非定域的。那么，量子力学和非定域的隐变量理论(如玻姆力学)哪个才是微观世界更基本的理论呢？物理学家们正在设计实验来区分和检验量子力学与非局域隐变量理论。
4.量子力学与因果律

5.量子力学与相对论的融合
量子力学和相对论是近代物理最重要的两大支柱。然而，这两大支柱之间的融合却是当今物理学最大的困难。量子信息理论的发展为这两个理论的融合提供了契机。新的研究发现量子纠缠在空间几何化中可能起着关键性的作用，量子纠缠可能是空间的起源。基于这一新的思路，物理学家们正在研究量子力学和相对论的融合问题，而且很有可能取得突破。

2015年5月，郭光灿院士在安徽合肥发起举办了首届“量子力学二次革命”论坛
出品：科普中国
制作：中国科学技术大学 郭光灿 中国科普博览
监制：中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

2. 第二次量子革命要干什么？主要有这两件事情要做

激光通信
量子力学是人类迄今最成功的理论，此理论衍生出诸如激光（光通信，互联网）、半导体（电脑，手机……），核能等，是造福于人类一个世纪的先进技术。但自量子论诞生一百多年来，科学家关于量子世界的奥秘却一直争论不休，迄今仍不知其答案。

手机电脑
量子力学的第一个百年（第一次革命）人们主要只做一件事，求解薛定谔方程，并取得辉煌成果，研制成功激光、晶体管等新型器件，将人类社会引进繁荣的信息时代。这一百年，人们只能问量子力学能让我们“做什么”，而不去问“为什么”。

核能
量子信息的诞生打破了这个沉寂的僵局，因为量子信息领域涌现出许多新的物理概念，例如：纠缠、量子关联、非局域性……；同时研发出新的实验方法和工具，提供研究量子世界奥秘的新工具，点燃了量子力学的第二次革命。国际著名刊物《自然·物理》2014年发表编辑部纪念贝尔定理五十周年的评论，指出：将揭开“量子谜团”！

文见Nature 510, 312 (2014)
那么第二次量子革命究竟要干什么，这里有两件事要做——其一是继续“做什么”；其二是追问“为什么”。
第一次量子革命只是基于量子力学的原理开发出新型的经典器件（激光、半导体、电脑、手机……）造福于人类，这些器件遵从经典物理规律。
第二次量子革命则是直接开发基于量子特性本身的量子器件，这些器件遵从量子力学规律，它以量子态（量子比特）为单元，信息的产生、传输、存储、处理、操控等全都基于量子力学规律，是地道的量子器件，称为量子信息技术。其信息功能远远超越相应的经典器件，能突破现有信息技术的物理极限，在信息处理速度、信息安全、信息容量、信息检测等方面将发挥极大的作用，这种崭新的技术将给人类社会带来翻天覆地的变化。
目前正在开发的主要量子信息器件和技术，有量子计算、量子密码、量子网络、量子模拟、量子传感等，这些量子器件和技术的物理基础直接应用到量子世界的特性，如量子态叠加性，量子非局域性，量子不可克隆性等。第二次量子革命“做什么”就是开发基于量子特性的量子器件，促使人类从经典技术跨越到量子技术的新时代。
第二次量子革命要做的另一件事，是追问“为什么”。主要聚焦在下列两个方面：
l 量子世界的奥秘
l 量子世界与经典世界的兼容

量子世界当前科学界关注的热点问题有如下几个方面：
1.量子世界与经典世界的界限问题（薛定谔猫佯谬）
经典世界和量子世界遵循着不同的物理规律。现实世界中宏观物质（经典）由原子、电子等微观粒子所构成。后者是量子世界，两者和谐于同一个客体中，那么，经典世界和量子世界的界限在哪里？更具体的问题是：薛定谔的猫态在何处不再存在？在量子世界和经典世界的边界附近是否有新的物理？当前，实验物理学家正在努力制备更大的宏观叠加态，以期对这一问题进行深入研究。
2.量子测量问题
量子测量是量子力学基础的核心问题之一。量子力学的哥本哈根解释中，量子测量包含一个波包塌缩的过程，这个塌缩过程无法由量子动力学过程来描述。这就使得整个的量子力学需要有两个不同的过程：幺正演化和波包塌缩，这是不可接受的。更大的问题在于，对于这个塌缩过程人们知之甚微。为此，物理学家们尝试了各种能将波包塌缩过程去掉的量子测量理论，比如消相干理论，多世界理论等，然而到现在为止，人们仍未能找到一种令人满意的量子测量理论。
3.隐变量和非局域问题
量子力学测量结果的随机性也是人们对量子力学不满意的重要原因之一。为消除随机性，人们尝试了不同的隐变量理论，比如，贝尔的局域隐变量理论和玻姆的导引波隐变量理论。人们已经发现局域隐变量理论与量子力学是不相容的，这说明量子力学是非定域的。那么，量子力学和非定域的隐变量理论(如玻姆力学)哪个才是微观世界更基本的理论呢？物理学家们正在设计实验来区分和检验量子力学与非局域隐变量理论。
4.量子力学与因果律

5.量子力学与相对论的融合
量子力学和相对论是近代物理最重要的两大支柱。然而，这两大支柱之间的融合却是当今物理学最大的困难。量子信息理论的发展为这两个理论的融合提供了契机。新的研究发现量子纠缠在空间几何化中可能起着关键性的作用，量子纠缠可能是空间的起源。基于这一新的思路，物理学家们正在研究量子力学和相对论的融合问题，而且很有可能取得突破。

2015年5月，郭光灿院士在安徽合肥发起举办了首届“量子力学二次革命”论坛
出品：科普中国
制作：中国科学技术大学 郭光灿 中国科普博览
监制：中国科学院计算机网络信息中心

“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。

3. 量子理论是现代物理学两大支柱之一。量子理论的核心观念是“不连续”。关于量子理论，以下说法正确的是：

      ABC         试题分析：普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了量子理论，所以A对；为了解释光电效应，爱因斯坦引入量子观念，依据能量守恒定律，与实验符合很好，所以B对，康普顿效应证明光具有动量，也说明光是一份一份的，所以C对；玻尔理论只能很好地解释氢原子光谱，与现代量子理论有区别的，所以D错；海森伯的不确定关系告诉我们不能同时准确知道粒子的位置和动量，所以E错    

4. 量子的概念最早由谁提出

1900年普朗克首次提出“量子论”。1900年德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。1900年12月14日，普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文，提出了著名的“普朗克公式”，这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样，对物理学产生了深远的影响。【摘要】
量子的概念最早由谁提出【提问】
1900年普朗克首次提出“量子论”。1900年德国柏林大学教授普朗克首先提出了“量子论”。1900年12月14日，普朗克在柏林的物理学会上发表了题为《论正常光谱的能量分布定律的理论》的论文，提出了著名的“普朗克公式”，这一天被普遍地认为是量子物理学诞生的日子。这一理论如同5年后爱因斯坦发表的相对论一样，对物理学产生了深远的影响。【回答】

5. 关于量子的原理特性表述错误的是

关于量子的原理特性,下列表述错误的是()。
A.  量子态的不可分割
B.  量子态的叠加、不可复制
C.  量子态的纠缠
D.  量子态可以克隆
答案：D

量子（quantum）是现代物理的重要概念。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。
1900 年，普朗克首次提出量子概念，用来解决困惑物理界的“紫外灾难”问题。
紫外灾难：19世纪末，科学界许多科学家已经开始深入研究电磁波，由此诞生了黑体，黑体则是属于热力学范畴，黑体是一个理想化了的物体，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家以此作为热辐射研究的标准物体。它能够吸收外来的全部电磁辐射，并且不会有任何的反射与透射。换句话说，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。而我们知道一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高，辐射出的总能量就愈大，短波成分也愈多。随着温度上升，黑体所辐射出来的电磁波则称为黑体辐射。紫外灾难则指的是在经典统计理论中，能量均分定律预言黑体辐射的强度在紫外区域会发散至无穷大，这和事实严重违背。
普朗克假定，光辐射与物质相互作用时其能量不是连续的，而是一份一份的，一份“能量”就是所谓量子。

6. 关于量子的原理特性表述错误的是

关于量子的原理特性表述错误的是量子态可以克隆。
解析量子的特性：
我们用绳子给一个小球，让小球旋转，速度足够大，我们看到小球似乎在它环绕轨道的任何位置，量子也是一样的道理，速度足够快，即能实现奇特的量子特性。
定义：元质量就是两个元电荷的质量之和，元质量是变化的。元质量的大小和一对正、负元电荷相互绕转半径开平方成反比。元质量是粒子存在质量的原因，元质量空间大小的变化是质量变化的原因。
元质量的三个变化常数：T=Rv2=(3.25×10-7)（4.6×1014）2=1.5×1022 ;k=h/c2=6.62×10-34/(3×108)2=3.68×10-51；Q= Rm2=Tk2=2.03×10-80。这是我用红光粒子的参数推出的元质量的三个变化常数。一个量子就是一个元质量。

一、量子的不确定性原理、纠缠性
用我的元质量常数：T=Rv2=(3.25×10-7)（4.6×1014）2=1.5×1022——（1）解释量子的特性——不确定性原理。
量子的特性决定于组成量子的元子的相互绕转速度或称自转速度，就是（1）中的v，这个速度一般情况下是超光速的。我们先计算一下（1）中的v=c（等于光速）时，量子的半径：R=T/c2=1.5×1022/(3×108)2=1.67×105米，即在这个绕转半径下，元质量的绕转速度等于传播速度光速——3×108米/秒。
也就是说，量子的半径小于这个数值：1.67×105米，组成量子的元子的绕转速度都大于光速。我们研究的量子半径一般小于这个数值，在小于或远小于这数值，元质量——量子的绕转速度远远大于光速，所以组成元质量的元电荷几乎是同时在这个半径的任何位置。这就很好地解释了量子的不确定性原理 。
由于元质量相互绕转的元电荷运动速度极快，并且是一个元质量，所以确定了一个元电荷的运动状体，另一个元电荷的状态也确定——速度方向必然反相，这就是量子纠缠现象——爱因斯坦称之为幽灵般的超距离作用。所以说，量子纠缠现象是多个元电荷组成的量子，并非是最基本的元质量，而是n/2个元质量的组合体,其中n是大于1的自然数。

二、量子的不可克隆性、叠加性
用我的元质量常数：Q= Rm2=Tk2=2.03×10-80——（2）、T=Rv2=(3.25×10-7)（4.6×1014）2=1.5×1022——（1）解析量子的特性——不可测量、不可克隆性。由（2）、（1）式可以推断：绝对相同的粒子是不存在的。
所有的基本粒子都是通过相互绕转的元电荷组成的，相同的基本粒子，组成的元电荷对数也不可能绝对相等——即元质量数可以不同，并且每一个元质量一定会存在细微的差异，即元质量的半径、质量、速度不会完全相同。绝对相同的元质量是不存在的，即证明了量子的不可克隆性。基本粒子的组成是由元质量的n/2个的组合体,其中n是大于1的自然数。
其实，由n（n是大于1的自然数）个元质量组成的组合体就是量子的叠加性的体现，质子、中子是量子叠加性的自然体现，元质量半径越大，叠加越困难，所以人工量子叠加个数很难超过900个量子（质子、中子大约是这个量子叠加数，大约1800个电子的质量），并且人工叠加的量子也很难长期保持稳定，要想较长时间保持稳定，必须营造特定的空间环境。

三、解析量子的干涉
由元质量的定义及三个变化常数可知，量子本来就是波粒二象性的一个粒子，所以量子力学中的微观粒子相互叠加能产生类似于经典力学中的光的干涉现象，光粒子本身就是光量子。

7. 我国为什么重视量子科技研究,用物质和意识作答

您好根据您的问题为您解答量子科技是我们对物质规律的认识，物质决定意识。重视和发现量子科技的应用，我们可以更好地发挥主观能动性，意识反作用于物质。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向量子力学是关于微观物质世界运动规律的理论体系，与相对论一起构成现代物理学的理论基础，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子科学发展，触发了第一次量子技术革命。第一次量子技术革命，是从认识量子世界、发现量子效应到发展量子技术应用。信息时代的关键核心技术，如晶体管、激光、硬盘、GPS等是第一代量子技术的一些例子。目前我们已经进入第二次量子技术革命时代，是通过主动人工设计和操控量子态发展量子技术和应用。近年来，以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术的研究与应用在全球范围内加速发展，各国纷纷加大投入力度和拓宽项目布局。量子计算会颠覆性提高信息运算处理速度，量子通信会大幅度提升通信安全性，量子精密测量和传感技术会在未来数字时代和万物互联时代有着广泛的应用。【摘要】
我国为什么重视量子科技研究,用物质和意识作答【提问】
您好根据您的问题为您解答量子科技是我们对物质规律的认识，物质决定意识。重视和发现量子科技的应用，我们可以更好地发挥主观能动性，意识反作用于物质。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向量子力学是关于微观物质世界运动规律的理论体系，与相对论一起构成现代物理学的理论基础，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子科学发展，触发了第一次量子技术革命。第一次量子技术革命，是从认识量子世界、发现量子效应到发展量子技术应用。信息时代的关键核心技术，如晶体管、激光、硬盘、GPS等是第一代量子技术的一些例子。目前我们已经进入第二次量子技术革命时代，是通过主动人工设计和操控量子态发展量子技术和应用。近年来，以量子计算、量子通信和量子测量为代表的量子信息技术的研究与应用在全球范围内加速发展，各国纷纷加大投入力度和拓宽项目布局。量子计算会颠覆性提高信息运算处理速度，量子通信会大幅度提升通信安全性，量子精密测量和传感技术会在未来数字时代和万物互联时代有着广泛的应用。【回答】
您好根据您的问题为您解答意识是人脑对大脑内外表象的觉察。也是人的头脑对于客观物质世界的反映，也是感觉、思维等各种心理过程的总和。意识是一种客观存在，而且是和你能看得见的物质的存在，没有任何差别意识是一种量子力学现象。量子物理学的发展，让我们重新认识和理解意识和世界的本质。它对传统无法解释的精神和世界的本质重新作了定义。意识和物质世界不可分开，意识促成了物质世界从不确定到确定的转移。人意识的发动的过程，实际上是通过动念进行测量，然后产生念头意识来源于大脑，大脑是物质的，物质的构成就是基本粒子，而基本粒子具有量子力学的种种现象，无论是电活动还是化学反应，都具备量子力学的特征。而意识的特征很符合量子世界的现象【回答】

8. 受到了激发的量子会变成什么，属于哪一范畴？

量子场是经典场的理论概括。我们知道的有两种典型的经典场是麦克斯韦电磁场和爱因斯坦度量引力场。思考量子化过程的一种方法是我们首先在数学运算符号代替了一些数值（这部分为纯代数或微积分，新物理仍未引进）的基础上重新构造（仍然是经典的）场的方程；然后，我们“求解”得到的算子值方程，包括并未在经典理论中出现的解，然后断言（经观察验证）这些新的“无意义的”（凭直觉而不是数学意义）解精准地描述了自然，包括观察到的所有与经典理论矛盾的量子行为。

使用量子场有几种基本原理。第一，这是多种经典场论的自然概括，它们是我们对自然研究出的最成功的（非量子）理论。第二，量子场论可以解释并不存在于量子力学的粒子和过程的（经过观测和研究的）创造与毁灭。第三，量子场论本质上是相对论性的，“神奇地”（不是真的，只是优雅的数学）解决了因果关系的问题，这些问题甚至困扰着相对论性的量子粒子理论。

但是，量子场并不与物质相互作用。量子场就是物质。在量子场论中，我们认为粒子正是量子场本身激发出来的。
最简单的“实用”量子场论是量子电磁学。在量子电磁学中，两种场同时存在：电磁场和“电子场”。 这两种场持续不断地互相作用，能量和动量被转移，激发被创造和毁灭。所以，例如，我们所出于直觉所描述的电子吸收中子的现象，在量子电动力学中就是电磁场和电子场之间具体的相互作用，其中电磁场失去一个激发量子，电子场得到了它的能量、动量和角动量。

Lesson#1：场是最基础的物质。我们在学校学了物质的基本构造块是粒子。事实上，我们在大学也会继续教授这个，我们会在大学里解释夸克和电子组成了乐高积木，所有的物质都从这样的乐高积木中产生。

但这个表述隐藏了一个深奥的真相。根据我们最完美的物理法则，自然的基本构造块不完全是分离的粒子。相反，存在着连续不断的物质，像液体一样，分布在整个空间中。我们称这些物质为场。最为人熟知的场当属电场和磁场。这些场的波纹产生了光，或更普遍地说，电磁波。铁屑在磁场中有确定指向的现象就是由条状磁铁引起的。

Lesson # 2:粒子由场产生。如果你在距离电磁波足够近的地方观察，就会发现他们由中子组成。在我们将量子力学的作用包含在内时，电场和磁场的波纹会变成粒子。
但是对于所有其他我们所知道的粒子，同样的过程也在起作用。在宇宙中存在着一层薄薄的分布在整个宇宙中的东西，我们称之为电场。电场的波纹被量子力学束缚成为一捆能量。这捆能量就是我们所说的电子。同样地，还有夸克场、胶子场以及希格斯玻色子场。在你身体中的每个粒子——事实上，是宇宙中的每个粒子——都是由量子力学机制塑造成粒子的基本场的微小波纹。

Lesson # 3:就像生活一样，QFT也很难！
“QFT是目前现代物理学中最难的理论，25年中没有一个人可以完全相信它。”-E.Witten
量子场是一种复杂的物质。一部分原因是它包含了所有的物理学：场可以描述大量的粒子，以无数种方式作用。但是，在我们抵达这些难题之前，还有另一个原因令量子场难以理解。

上述动画是计算机对真空的模拟。这是真空的样子，是一片完全没有粒子的区域。这看起来一点也不无聊。海森伯格不确定关系意味着量子场不能保持静止。与静止相反，它起泡、沸腾，就是一锅不断冒泡的粒子和反粒子汤，不断地被创造和毁灭。正是这种复杂性造成了QFT巨大的难度。