由美國物理學(xué)會發(fā)起,，國際科學(xué)史界和物理學(xué)界聯(lián)合籌劃將2025年確立為“量子世紀(jì)年”,， 歐洲和美國物理學(xué)家建議自2021年起將每年的4月14日定為慶祝日,，即世界量子日,！

“世界量子日”旨在讓公眾也能參與到對量子科學(xué)與技術(shù)的理解和討論,，即：

它是如何幫助我們在最基本的層面上理解世界的本質(zhì)的,？
 它是如何幫助我們開發(fā)對我們今天生活至關(guān)重要的技術(shù)的,？
 它將如何引 領(lǐng)未來的科技革命,，這又將如何影響我們的社會,？
 為什么是4月14日呢,？

是因為普朗克常數(shù)4.135667696×10-15eV·s, 約化為4.14，雖然這個數(shù)字現(xiàn)在修訂為更準(zhǔn)確的另一長串?dāng)?shù)字了,。如果用國際單位,，普朗克常數(shù)是6.62607015×10-34J·s。所以來自65個以上國 家的科學(xué)家在2021年發(fā)起的一項倡議,，將以后每年的4月14日作為“世界量子日”,。

什么是量子？

量子（quantum）是現(xiàn)代物理的重要概念,。即一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位,，則這個物理量是量子化的，并把最小單位稱為量子,。

量子一詞來自拉丁語quantus,，意為“有多少”，代表“相當(dāng)數(shù)量的某物質(zhì)”,，它最早是由德國物理學(xué)家M·普朗克在1900年提出的,。他假設(shè)黑體輻射中的輻射能量是不連續(xù)的，只能取能量基本單位的整數(shù)倍,，從而很好地解釋了黑體輻射的實驗現(xiàn)象,。

后來的研究表明，不但能量表現(xiàn)出這種不連續(xù)的分離化性質(zhì),，其他物理量諸如角動量,、自旋、電荷等也都表現(xiàn)出這種不連續(xù)的量子化現(xiàn)象。這同以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理有根本的區(qū)別,。量子化現(xiàn)象主要表現(xiàn)在微觀物理世界,。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學(xué)。

自從普朗克提出量子這一概念以來,，經(jīng)愛因斯坦,、玻爾、德布羅意,、海森伯,、薛定諤、狄拉克,、玻恩等人的完善,，在20世紀(jì)的前半期，初步建立了完整的量子力學(xué)理論,。絕大多數(shù)物理學(xué)家將量子力學(xué)視為理解和描述自然的基本理論,。

而延伸出的量子力學(xué),、量子光學(xué)等成為不同的專 業(yè)研究領(lǐng)域,。其基本概念為所有的有形性質(zhì)是“可量子化的”?！傲孔踊敝钙湮锢砹康臄?shù)值是離散的,，而不是連續(xù)地任意取值。例如,，在原子中,，電子的能量是可量子化的。這決定了原子的穩(wěn)定性和發(fā)射光譜等一般問題,。絕大多數(shù)物理學(xué)家將量子力學(xué)視為了解和描述自然的基本理論,。

通俗地說，量子是能表現(xiàn)出某物質(zhì)或物理量特性的最小單元,。

如何理解離散呢,？

中國科學(xué)家指出，我們統(tǒng)計人數(shù)時,，可以有一個人,、兩個人，但不可能有半個人,、1／3個人,。我們上臺階時，只能上一個臺階,、兩個臺階,，而不能上半個臺階、1／3 個臺階。這些就是“離散變化”,。對于統(tǒng)計人數(shù)來說,，一個人就是一個量子。對于上臺階來說,，一個臺階就是一個量子,。如果某個東西只能離散變化，我們就說它是“量子化”的,。

量子疊加態(tài)

這是一個神奇的狀態(tài),，也是不同于經(jīng)典物理學(xué)的概念。

談到疊加態(tài),，我們就不得不提起那個著 名的“薛定諤的貓”理論,。在我們的經(jīng)典理論中，一個客體的狀態(tài)（用0和1表示）就像最簡單的二進制開和關(guān),，只能處于開或者關(guān)中的某一個狀態(tài),，即要么是0要么是1，這就好比一只貓,，要么是生要么是死,，不能同時“又生又死”。

但這一理論并不適用于量子世界：在量子世界中,，一只貓可以處于又生又死的疊加狀態(tài),。這種所謂的量子相干疊加正是量子世界與經(jīng)典世界的根本區(qū)別。

量子力學(xué)

量子力學(xué)是人類的物理學(xué)理論,，同時也是人類的物理學(xué)理論基礎(chǔ),，量子力學(xué)主要是描述微觀粒子的運動規(guī)律，在量子力學(xué)中存在很多顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知的定律和現(xiàn)象,，微觀粒子的運動方式仿佛遵循另一種規(guī)則,。

從定義上來看，量子力學(xué)似乎并不復(fù)雜,，無非就是在研究“量子”的運動規(guī)律和性質(zhì),，是從微觀的角度去剖析宇宙的本質(zhì)。實際上的量子力學(xué)十分復(fù)雜,，完全和我們熟知的世界是一個不同的領(lǐng)域,，著 名的物理學(xué)家費曼就說過：“沒有人真正懂量子力學(xué)”，他認(rèn)為,，如果有一個人聲稱自己搞懂了量子力學(xué),，那么這個人就是對量子力學(xué)一竅不通。

任何比量子更小的物理單位都是沒有意義的,，并不是更小的單位不存在,，而是低于普朗克尺度后,，我們的物理定律就失效了，不止是在小于量子尺度時,，人類的物理定律會失效,，在黑洞的奇點附近，人類的物理定律同樣會失效,。不論是相對論還是量子力學(xué),，都不能完 美地描述已知宇宙，在黑洞和特別小的尺度下就會失效,。

所以,，量子力學(xué)就是人類現(xiàn)在描述微觀粒子的理論，只不過微觀粒子的運動規(guī)律和基本構(gòu)成與宏觀世界中的規(guī)律有很大的差距,，同時量子力學(xué)目前還不是百 分 百完善的理論,，許多領(lǐng)域和無法解釋的事情都能和量子力學(xué)扯到一起，于是才有了“遇事不決,，量子力學(xué)”,，這樣的調(diào)侃。

量子理論的應(yīng)用,！

在許多現(xiàn)代技術(shù)裝備中,，量子物理學(xué)的效應(yīng)起了重要的作用。從激光,、電子顯微鏡,、原子鐘到核磁共振的醫(yī)學(xué)圖像顯示裝置，都關(guān)鍵地依靠了量子力學(xué)的原理和效應(yīng),。對半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了二極管和三極管的發(fā)明，最后為現(xiàn)代的電子工業(yè)鋪平了道路,。在核武器的發(fā)明過程中,，量子力學(xué)的概念也起了一個關(guān)鍵的作用。

在上述這些發(fā)明創(chuàng)造中,，量子力學(xué)的概念和數(shù)學(xué)描述,，往往很少直接起了一個作用，而是固體物理學(xué),、化學(xué),、材料科學(xué)或者核物理學(xué)的概念和規(guī)則，起了主要作用,，在所有這些學(xué)科中,，量子力學(xué)均是其基礎(chǔ)，這些學(xué)科的基本理論,，全 部是建立在量子力學(xué)之上的,。以下僅能列舉出一些最顯著的量子力學(xué)的應(yīng)用,，而且，這些列出的例子,，肯定也非常不完全,。

量子計算機

量子計算機（quantum computer）是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置,。當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息,，運行的是量子算法時，它就是量子計算機,。

量子計算機的特點主要有運行速度較快,、處置信息能力較強、應(yīng)用范圍較廣等,。與一般計算機比較起來,信息處理量愈多,，對于量子計算機實施運算也就愈加有利,也就更能確保運算具備精準(zhǔn)性。

量子通信

量子通信是利用量子疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)進行信息傳遞的新型通信方式,，基于量子力學(xué)中的不確定性,、測量坍縮和不可克隆三大原理提供了無法被竊聽和計算破解的絕 對安 全性保證，主要分為量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)兩種,。

量子隱形傳態(tài)基于量子糾纏對分發(fā)與貝爾態(tài)聯(lián)合測量,，實現(xiàn)量子態(tài)的信息傳輸，其中量子態(tài)信息的測量和確定仍需要現(xiàn)有通信技術(shù)的輔助,。量子隱形傳態(tài)中的糾纏對制備,、分發(fā)和測量等關(guān)鍵技術(shù)有待突破，處于理論研究和實驗探索階段,，距離實用化尚有較大差距,。 [1] 量子密鑰分發(fā)，也稱量子密碼,，借助量子疊加態(tài)的傳輸測量實現(xiàn)通信雙方安 全的量子密鑰共享,，再通過一次一密的對稱加密體制，即通信雙方均使用與明文等長的密碼進行逐比特加解密操作,，實現(xiàn)無條件絕 對安 全的保密通信,。 以量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)的量子保密通信成為未來保障網(wǎng)絡(luò)信息安 全的一種非常有潛力的技術(shù)手段，是量子通信領(lǐng)域理論和應(yīng)用研究的熱點,。

2022年4月13日報道,，中國科學(xué)家設(shè)計出一種相位量子態(tài)與時間戳量子態(tài)混合編碼的量子直接通信新系統(tǒng)，成功實現(xiàn)100公里的量子直接通信 ,。