量子技术已经出现在我们的生活中了吗?

著名物理学家爱因斯坦曾感叹:“量子力学越成功,越荒谬。”

时至今日,爱因斯坦的观点似乎比一个世纪前人们刚刚踏足量子领域时听到的更广。

量子力学越是在数学上保持满分,就越显得我们的本能是如此的粗糙。

人们不得不承认,虽然看起来还是很陌生,很陌生,但是量子力学在过去的100年里给人类带来了太多革命性的发明。

1.奇怪的量子,不是奇怪的晶体管

晶体管的出现首先要感谢的是量子力学。正是量子力学基础研究领域的突破,使得斯坦福大学的研究人员尤金·瓦格纳和学生弗里德里希·塞茨能够在1930年发现半导体的性质——既是导体又是绝缘体。

给晶体管施加电压,可以实现门极的功能,控制管内电流的通断。利用这个原理,可以实现信息编码,这样就可以写出1和0的语言来操作它们。

2.量子力学在钟表中的应用。

作为一个普通人,你一般不会介意你的表是快半分钟还是慢十秒钟。但是,如果你像美国海军气象台一样负责一个国家的时间,那么半分半秒的误差都是不允许的。

幸运的是,这些重要的组织单位可以依靠原子钟来保持时间准确。这些原子钟比以前所有的钟都要精确。

对于这些极其精确的原子钟来说,导致误差的最大敌人就是量子噪声。它们会降低原子钟测量原子振动的能力。现在可以通过调整铯原子的能级和量子力学的应用来抑制量子噪声的程度。

3.量子密码的战斗是不可战胜的。

密码学在军事和商业领域有着广泛的应用,而依靠微观物质的一些奇特特性的量子密码术,现在也越来越受到这些机构的重视。

它是利用量子纠缠效应,基于单光子偏振态的一种新的信息传输方式。它的安全性在于,每当有人闯入传输网络,光子束就会发生紊乱,各个节点的探测器会指出错误等级的增加,从而发出攻击警报;发送方和接收方也会随机选择一个键值子集进行比对,只有全部匹配,才能认为没有人窃听。换句话说,黑客不可能在不留下干扰痕迹的情况下闯入量子系统,因为仅仅是试图解码这一举动就会导致量子密码系统改变状态。

4.随机数发生器:上帝的“量子骰子”

真正的随机性只存在于量子层面。在量子世界里,一切都是绝对不可预测的。

正是凭借这种不可预测性,马克斯·普朗克大学光学物理研究所的研究人员制作出了“量子骰子”。

通过在真空中制造涨落来产生量子噪声,然后测量噪声产生的随机水平,从而获得可用于信息加密、天气预报等工作的真随机数。

值得一提的是,这种骰子安装在固态芯片上,可以满足多种不同的使用需求。

量子力学及其技术的应用在过去的岁月里给人们带来了宝贵的成就,但在未来它将为人类做出更大的贡献。