2月19日发布公报称,首次成功对反氢原子能量结构中的某些量子效应展开测量,测量结果与“正常”氢效应的理论预测相符,为今后更精确地测量这类量子效应和其他基本量铺平了道路。
著名的物理学家爱因斯坦曾经感叹到:“量子力学越是取得成功,它自身就越显得荒诞。”
直到现在,与一个世纪之前人类刚刚涉足量子领域的时候相比,爱因斯坦的观点似乎得到了更为广泛的共鸣。
量子力学越是在数理上不断得到完美评分,就越显得我们的本能直觉竟如此粗陋不堪。
人们不得不承认,虽然它依然看起来奇异而陌生,但量子力学在过去的一百年里,已经为人类带来了太多革命性的发明创造。
1.陌生的量子,不陌生的晶体管
晶体管的出现,首先必须要感谢的就是量子力学。正是在量子力学基础研究领域获得的突破,斯坦福大学的研究者尤金·瓦格纳及其学生弗里德里希·塞茨得以在1930年发现半导体的性质——同时作为导体和绝缘体而存在。
在晶体管上加电压能实现门的功能,控制管中电流的导通或者截止,利用这个原理便能实现信息编码,以至于编写一种1和0的语言来操作它们。
2.量子力学在时钟上应用
作为普通人,一般是不会介意自己的手表快了半分钟,还是慢了十几秒。但是,如果是像美国海军气象天文台那样为一个国家的时间负责,那么这半分半秒的误差都是不被允许的。
好在这些重要的组织单位都能够依靠原子钟来保持时间的精准无误。这些原子钟比之前所有存在过的钟表都要精确。
对于这些极度精准的原子钟来说,导致误差产生的最大敌人,是量子噪声。它们能够消减原子钟测量原子振动的能力。而现在可以通过调整铯原子的能量层级以及量子力学运用,来抑制量子噪声的程度。
3.量子密码之战无不胜
密码学广泛运用军事与商业领域,而依靠微观物质一些奇异特性的量子密码学,现在越来越得到这些机构的重视。
它是一种利用量子纠缠效应、基于单光子偏振态的全新信息传输方式。其安全之处在于,每当有人闯入传输网络,光子束就会出现紊乱,每个节点的探测器就会指出错误等级的增加,从而发出受袭警报;发送与接收双方也会随机选取键值的子集进行比较,全部匹配才认为没有人窃听。换句话说,黑客无法闯入一个量子系统同时不留下干扰痕迹,因为仅仅尝试解码这一举动,就会导致量子密码系统改变自己的状态。
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级,在量子世界,所有的一切都是绝对无法预测的。
马克斯·普朗克大学光学物理研究所的研究人员正是借助这一不可预知性,制作出了“量子骰子”。
通过在真空中制造波动来产生出量子噪声,然后测量噪声所产生的随机层级,借此获得可以用于信息加密、天气预演等工作的真正随机数字。
值得一提的是,这种骰子被安装在固态芯片上,能够胜任多种不同的使用需求。
量子力学及其技术的应用,在过去的岁月里为人们带来的成就弥足珍贵,但其在未来将会为人类奉献的更多。