随着中国潘建伟团队的首次洲际量子通信项目入围2018年国际物理学十大进展，量子一词逐渐进入大众视野，数据安全得以保证的量子通讯和性能超越的量子计算机似乎离我们也越来越近。在进入量子化的时代之前，让我们先了解一下什么是量子。随着深入了解你会发现，那将颠覆你的认知，令你无法置信，甚至恐惧。
量子最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。其定义为：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。通俗地说，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。与牛顿力学为代表的经典物理相对应，量子化现象主要表现在微观物理世界。
根据量子力学理论，物质在微观尺度上存在两种完全相反状态并存的奇特状况，这被称为有效的相干叠加态。这里面涉及到‘量子纠缠’一词，相信大家或多或少听到过这个词。
薛定谔在给爱因斯坦的一封信里首次用到了‘纠缠’这个词，其被用来表述‘两个暂时耦合的粒子，不再耦合之后彼此之间仍旧维持的关联’这一含义。不可理解的是，这个‘仍旧维持的关联’不受距离的限制。不管两者相距多远，如果我们改变其中一个粒子的状态，另外一个粒子的状态也会随之改变。这显然违反在相对论中对于信息传递所设定的速度极限，也由此被爱因斯坦讥讽为鬼魅般的超距作用。正如玻尔的那句名言：“谁要是第一次听到量子理论时没有发火，那他一定没听懂。”
下面我们再通过‘薛定谔的猫’这个大名鼎鼎的实验来理解一下量子理论。
实验假设一只猫被封在一个密室里，密室里有食物有毒药。毒药瓶上有一个锤子，锤子由一个电子开关控制，电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，则放出阿尔法粒子，触动电子开关，锤子落下，砸碎毒药瓶，释放出里面的氰化物气体，猫必死无疑。
原子核的衰变是随机事件，物理学家所能精确知道的只是半衰期——衰变一半所需要的时间。如果一种放射性元素的半衰期是一天，则过一天，该元素就少了一半，再过一天，就少了剩下的一半。物理学家却无法知道，它在什么时候衰变，上午，还是下午。当然，物理学家知道它在上午或下午衰变的几率——也就是猫在上午或者下午死亡的几率。如果我们不揭开密室的盖子，根据我们在日常生活中的经验，可以认定，猫或者死，或者活。这是它的两种本征态。如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，则只能说，它处于一种活与不活的叠加态。我们只有在揭开盖子的一瞬间，才能确切地知道猫是死是活。此时，猫构成的波函数由叠加态立即收缩到某一个本征态。量子理论认为：如果没有揭开盖子，进行观察，我们永远也不知道猫是死是活，它将永远处于半死不活的叠加态，可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理，客观规律不以人的意志为转移，猫既活又死违背了逻辑思维。
以我们常理来看，或许这个实验无法令人信服，我们会说那个猫不论何时都是一种状态，要么生，要么死，只是我们不知道而已。然而这确实是量子理论的一个核心观点，量子处于叠加态，只在我们进行观察时，它方才坍缩至一个状态之上。
是不是很费解？甚至听起来很像是‘唯心主义’？或许只是因为现在的我们还无法探测到那种神秘的‘力量’所在。
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