為什么說(shuō)掌握了量子力學(xué)，你就擁有了改變世界的能力？因?yàn)榱孔恿W(xué)是迄今為止，對(duì)人類物理學(xué)進(jìn)程影響最大的一門(mén)學(xué)科。只要人類能夠充分的認(rèn)識(shí)，掌握量子力學(xué)，那么，就能帶給我們的科技下一次的飛躍。現(xiàn)如今的理論物理學(xué)，有兩大學(xué)科，受到了很多人的追捧；第一是愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，第二則是已經(jīng)誕生了一百年左右的量子力學(xué)。時(shí)至今日，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)已經(jīng)得到了一定程度上的證實(shí)，也應(yīng)用到了很多方面。尤其是量子力學(xué)，不論是手機(jī)，還是電腦，乃至于通信技術(shù)，加密技術(shù)等等，都有賴于量子科技的進(jìn)步?？梢哉f(shuō)，這是我們目前最依仗的一門(mén)科學(xué)。很多科學(xué)家們都做出過(guò)這樣的結(jié)論，說(shuō)掌握了量子力學(xué)，那么就掌握了打開(kāi)21世紀(jì)甚至22世紀(jì)大門(mén)的鑰匙。如今，在眾多科學(xué)家的不懈努力之下，量子力學(xué)在數(shù)理上不斷得到完關(guān)評(píng)分，雖然它依舊晦澀難懂，但量子力學(xué)在過(guò)去的一百年里，已經(jīng)為人類帶來(lái)了太多革命性的發(fā)明創(chuàng)造。正像詹如斯.卡卡廖斯在《量子力學(xué)的奇妙故事》一書(shū)的引言中所述:“量子力學(xué)在哪?你不正沉浸于其中嗎。”今天我們來(lái)盤(pán)點(diǎn)量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)中的五大應(yīng)用?；蛟S會(huì)改變你對(duì)量子力學(xué)的看法。

1：量子力學(xué)與晶體管

美國(guó)（探索）雜志給出真實(shí)世界中量子力學(xué)的一大應(yīng)用，就是人們?cè)缫巡荒吧木w管。晶體管的祖師爺是瑞士物理學(xué)家布洛赫，1928年，他在博士論文中提出布洛赫波的概念，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出的能帶理論，極大推進(jìn)了半導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展。能帶理論揭示了固體內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)理論，科學(xué)家才終于弄清楚了導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體究竟是怎么一回事兒。1947年的12月23日，貝爾實(shí)驗(yàn)室的三位研究員利用鍺半導(dǎo)體，發(fā)明出了第一枚點(diǎn)觸式晶體管，這標(biāo)志著信息時(shí)代的正式開(kāi)始。今天，英特爾和AMD的尖端芯片上，能夠擺放數(shù)十億個(gè)微處理器，這一切都?xì)w功于量子力學(xué)。

2:量子力學(xué)與超導(dǎo)材料

1911年荷蘭物理學(xué)家昂尼斯發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，但是直到1957年才由三位美國(guó)物理學(xué)家巴丁、庫(kù)珀和斯里弗用量子力學(xué)理論做出正確的解釋。這一理論稱之為BCS理論。進(jìn)一步努力探索，才能全面解決超導(dǎo)理論。然而在1986年出現(xiàn)高溫超導(dǎo)以后，用BCS理論無(wú)法解釋高溫超導(dǎo)體的各種性質(zhì)，因此物理學(xué)家還需要進(jìn)一步努力探索，才能全面解決超導(dǎo)理論。1940年，蘇聯(lián)物理學(xué)家朗道利用量子力學(xué)理論，解釋了超流產(chǎn)生的原因。他們兩位也因?yàn)檫@一貢獻(xiàn)，先后獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。超導(dǎo)材料是世界當(dāng)代材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿，目前超導(dǎo)材料正從研究階段向發(fā)展階段轉(zhuǎn)變，正運(yùn)用于越來(lái)越多的尖端科技中。如：超導(dǎo)列車(chē)，超導(dǎo)計(jì)算機(jī)和超導(dǎo)電力輸送等等。因此超導(dǎo)材料技術(shù)有著重大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ山鉀Q未來(lái)的能源，交通，醫(yī)療和國(guó)防事業(yè)中的重要問(wèn)題。

3：量子力學(xué)與量子計(jì)算機(jī)

1920年，薛定諤、愛(ài)因斯坦、海森堡和狄拉克，共同創(chuàng)建了一個(gè)前所未有的新學(xué)科——量子力學(xué)。量子力學(xué)的誕生為人類未來(lái)的第四次工業(yè)革命打下了基礎(chǔ)。在它的基礎(chǔ)上人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的技術(shù)，就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)，早先由理查德·費(fèi)曼提出，一開(kāi)始是從物理現(xiàn)象的模擬而來(lái)的?？伤l(fā)現(xiàn)當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)辇嫶蟮南柌乜臻g使資料量也變得龐大，一個(gè)完好的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實(shí)際的天文數(shù)字。理查德·費(fèi)曼當(dāng)時(shí)就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少。量子計(jì)算機(jī)的概念從此誕生。量子計(jì)算是通過(guò)巧妙地操縱量子疊加態(tài)，使用量子力學(xué)原理作為計(jì)算邏輯?；诹孔蛹m纏的原理，量子計(jì)算機(jī)可以同時(shí)進(jìn)行多條線路的并行運(yùn)算，這意味著它可以同時(shí)分析所有可能性，這也是量子計(jì)算機(jī)超強(qiáng)信息處理能力的根源。量子計(jì)算機(jī)一旦應(yīng)用起來(lái)，將帶來(lái)計(jì)算領(lǐng)域的新革命。去年十月，潘建偉團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出了66比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之2.0”，在隨機(jī)線路采樣任務(wù)上實(shí)現(xiàn)了量子計(jì)算優(yōu)越性，所完成任務(wù)的難度較2019年谷歌“懸鈴木”高出2—3個(gè)數(shù)量級(jí)。與此同時(shí)，潘建偉團(tuán)隊(duì)升級(jí)版的“九章2.0”也極大提高了其量子優(yōu)勢(shì)對(duì)于高斯玻色采樣問(wèn)題。計(jì)算時(shí)間比上代快了近百倍。使我國(guó)成為唯一在兩個(gè)物理體系中實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算優(yōu)越性的國(guó)家。

4：量子力學(xué)與量子通信

量子通信技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是通過(guò)量子疊加原理所產(chǎn)生的。量子保密通信是一種通信加密手段。量子通訊具有高效率和絕對(duì)安全等特點(diǎn)，并因此成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。現(xiàn)在全球已經(jīng)進(jìn)入了信息化的時(shí)代，信息安全就成為重中之重。量子通信給我們的未來(lái)描繪了一幅令人遐想的圖景，通過(guò)量子衛(wèi)星與地面光纖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建新型的通信系統(tǒng)，通過(guò)與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)相融合，未來(lái)將可形成覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合量子通信保密的特性，可以全面提升信息安全水平。而利用廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)，我們將可以發(fā)展出 空間分辨率極高的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)，便于更大規(guī)模的宇宙探索。也可以構(gòu)建高精度的光頻率傳遞網(wǎng)絡(luò)，精度相比現(xiàn)在的微波時(shí)頻網(wǎng)絡(luò)可以 提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。2016年我國(guó)發(fā)射了全球第一顆量子衛(wèi)星墨子號(hào)，同時(shí)我國(guó)已經(jīng)建成了量子通信的“京滬干線”，搭建了連接北京、濟(jì)南、合肥、上海的全程2000多公里的量子通信骨干線路。并在2017年，首次成功實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的星地雙向量子通信，這次通話標(biāo)志著中國(guó)。在量子通信加密領(lǐng)域的巨大成就與突破，同時(shí)也表示了我國(guó)電子通信技術(shù)對(duì)世界的巨大影響。為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。

5：量子力學(xué)與激光技術(shù)

與量子力學(xué)的經(jīng)歷相似，激光在早期曾經(jīng)也被認(rèn)為是“理論上的巨人，實(shí)際應(yīng)用上的侏儒”。但今天，無(wú)論是激光切割機(jī)領(lǐng)域，還是“導(dǎo)彈防御系統(tǒng)”，激光已經(jīng)在當(dāng)代人類的社會(huì)生活中，占據(jù)了核心地位。激光的理論基礎(chǔ)起源于物理學(xué)家愛(ài)因斯坦1917年預(yù)言的受激輻射，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是通過(guò)刺激處于激發(fā)態(tài)的原子，讓里面的電子躍遷到能量更低的狀態(tài)，由此釋放出頻率一致，傳播方向一致，相位一致，偏振狀態(tài)一致的光子束。直到40多年后，美國(guó)休斯頓實(shí)驗(yàn)室才用紅寶石發(fā)射出了世界上的第一束激光。激光是20世紀(jì)以來(lái)，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”。激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一門(mén)新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用前所未有的先進(jìn)方法和手段，獲得空前的效益和成果，從而促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。

量子力學(xué)在過(guò)去的一百年里，已經(jīng)為人類帶來(lái)了太多革命性的發(fā)明創(chuàng)造?，F(xiàn)代科技幾乎沒(méi)有不涉及量子理論的，比如激光，半導(dǎo)體，原子能，納米材料和器件，凝聚態(tài)，等離子，量子化學(xué)，量子生物，量子宇宙學(xué)等等。量子物理讓我們對(duì)世界的理解有了天翻地覆的改變。在量子力學(xué)誕生以后，我們對(duì)于世界的理解從原先的本體論變成了認(rèn)識(shí)論。