量子力学2-量子力学的应用与实现

by 东北育才学校 S361 qjc0714

我们熟知，人类历史上有几次重要的工业革命，推进了人们科技的发展：工业1.0是蒸汽机时代，工业2.0是电气化时代，工业3.0是信息化时代，而工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代，也就是智能化时代.

量子力学的诞生为人类未来的工业4.0打下了基础.

1980年美国阿贡国家实验室的保罗·贝尼奥夫发表了一篇论文，描述了图灵机或经典计算机的量子力学哈密顿量模型，首次证明了量子计算的可能.1982年，费曼发展了贝尼奥夫的设想，提出量子计算机可以模拟其他量子系统.为了仿真模拟量子力学系统，费曼提出了按照量子力学规律工作计算机的概念，被认为是最早量子计算机的思想.

量子计算通过巧妙地运用叠加态的特性，使用量子力学原理作为计算逻辑进行高效的计算.其可以同时进行多条线路的并行运算，即可以同时分析所有可能性，这也是量子计算机超强信息处理能力的根源.

费曼说：“自然界不是经典的，如果你想模拟自然界，那么你最好使用量子力学.”

量子力学也为人们对自然的探索做出了巨大贡献，最常见的例子即为人们在观察尺度小于光的波长时发明的一些特殊显微性工具.根据量子隧穿效应，粒子运动遇到高于它能量的势垫，还有透过势垫的波函数，即有穿透势垫的几率.

扫描隧道显微镜使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景，被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一.

1994年——彼得-肖尔发明了肖尔算法，该算法有可能打破现代的RSA密码学.
1995年——爱德华-威滕提出了M理论，重新审视了一个被抛弃的理论，弦理论.
1997年——两个研究小组通过实验实现了量子隐形传态.
1998年——艾萨克-庄、尼尔-格申菲尔德和马克-库比内克创造了第一台量子计算机

比较发现，20世纪80年代是量子技术发展的崛起时期.实际上，此段时期正是在理论建成后的成果收获时期.此后，量子力学在实际中的应用也逐渐丰富.