5月3日，世界上第壹臺超越早期經典計算機的量子計算機在中國誕生，量子力學在實際應用中取得重大突破。
那麽，量子力學到底說了什麽？它的前世是怎樣的？
懷著對科學的敬畏，希望化繁為簡，用最淺顯易懂的語言寫下量子力學的發展歷程和普通人如何理解，與大家壹起揭開量子力學的神秘面紗。
1、
大地沐浴在陽光中，萬物生長。
什麽是“光”？但是幾千年來，人類從光的禮物中受益。但我不知道光是什麽，只能做壹些猜測。
人類對光的無知直到1655才開始改變。英國博物學家胡克提出了光的波動理論。他認為光是壹種波，類似於水波。荷蘭人惠更斯發表了《光的理論》，發展了這壹理論。
他們的對手是牛頓。他提出了光粒子理論，認為光是微小的粒子，遵循運動規律。
這兩個思想流派相持不下，但都有缺陷。
根據牛頓的觀點，光是壹種微小的粒子。他合理地解釋了光的線性傳播和反射特性。牛頓對光的折射和衍射的解釋並不令人滿意。
惠更斯和其他人認為光是壹種波。那麽就需要有壹個傳播的媒介，比如聲波通過空氣，水波通過水。但是真空中沒有物質。光是如何傳播的？
他們說所有的空間都有壹種看不見的物質，叫做“以太”，光就是通過它傳播的。但是，如果“以太”真的存在，那麽地球以每秒30公裏的速度旋轉，我們應該可以感受到迎面吹來的“以太風”。大量實驗證明，沒有“以太風”吹過。
由於牛頓無可比擬的學術地位，他的粒子理論占據了統治地位。在隨後的100年中，無人敢挑戰，而惠更斯的理論也逐漸被遺忘。
1801年，托馬斯·金揚進行了壹個著名的實驗——“雙縫實驗”。
實驗很簡單。
壹束光投射到壹個背景板上，另壹塊有兩個相鄰缺口的板放在它前面。
如果光是壹個粒子，那麽實驗的結果應該是兩束差不多的窄光束投射在背景板上。但實驗結果大大出乎人們的意料。
背景板上有許多投影。這對光粒子來說是壹場災難。
因為這種現象是波的表現。
我們觀察水波會發現，兩個水波重疊的地方，波峰與波谷相遇時水波會更高，波峰與波谷相遇時水波會互相抵消。這種常見的現象叫做幹擾。
只有海浪會幹擾。
實驗用的背景板上的黑白條紋證明了光的幹涉現象，從而證明了光是壹種波。雙縫實驗徹底動搖了光粒子理論的統治。
在隨後的50年裏，光漲落理論有了進壹步的發展。到19世紀中期，它開始主導科學思潮。人們公認光是壹種波，而不是粒子。
2、
隨著19世紀物理學的大發展，科學家們認為人類對物理學的掌握已經趨於完美，進而對其進行研究，不過是在已知結果的小數點後加了幾個數字而已。
德國普朗克的老師也勸他不要研究純理論物理。兩個導師的建議沒有說服他。
19世紀的最後壹天，1899，12，31，物理學家開爾文發表了迎接新世紀的演講:“物理大樓已經在19世紀建成，未來物理學家的任務就是裝飾和改善這座大樓。”
普朗克對此很不高興。他正在為壹道六年未解的計算題頭疼。
當時物理學家總結的兩個公式都不能準確計算物體發出的輻射。壹個可以在輻射的長波部分算出結果，另壹個公式在輻射的短波部分可以是正確的，但是壹旦到了相反的波段，答案就差之千裏了。
普朗克無法理解其中的含義，他的研究陷入了長期的困境。
“孤註壹擲”的普朗克想，要不，先把兩個公式強行合成壹個滿足所有波段的公式，再反向推理，看看結果是什麽。
這樣壹來，如果要成立組合公式，那麽當壹個物體發出輻射時，能量不可能是連續的，而是以微小的整數倍跳躍式變化，也就是說，能量是壹個壹個變化的。
1901年，他發表了計算結果。在他的論文中，他將這種能量命名為“量子”。
其他科學家驗證了普朗克的正確性，量子力學誕生了。普朗克成為“量子之父”。
3、
1880之後，愛迪生改進的燈泡開始大範圍普及。人類對光的利用達到了前所未有的高度。
德國人赫茲發現，當用紫外線照射金屬時，金屬中的電子會被激發形成電流。光產生電。
赫茲稱之為“光電效應”，但他無法解釋。
1905在物理學界被稱為“愛因斯坦奇跡年”。在這壹年裏，愛因斯坦發表了五篇劃時代的重要論文。其中壹篇關於“光電效應”的論文直接讓愛因斯坦獲得了諾貝爾獎。
在他的論文中，愛因斯坦再次提到了光的粒子理論。根據光粒子理論和量子的概念，光應該是由離散的微小粒子組成的，簡稱“光量子”。
當光子撞擊敏感的金屬時，其能量被金屬中的電子吸收。電子的動能增加，克服了原子核的引力，飛出金屬表面，變成光電子，形成光電流。
愛因斯坦對光電效應的解釋震驚了已經普遍認可光漲落理論的物理學界。
壹系列實驗驗證了愛因斯坦的正確性，人們開始意識到光同時具有波動性和粒子性。至於光是什麽，這場持續了近300年的爭論，最終以壹個神奇概念的出現而告終——光的波粒二象性。
科學家們獲得了壹個新的想法，即壹種物質可以同時具有兩種完全不同的性質。波粒二象性就像壹把鑰匙，打開了微觀世界的大門。物理學家進壹步發現，基本粒子具有波粒二象性。
經過幾十年的不懈研究，量子力學與沿用了近300年的經典物理理論之間的矛盾日益明顯。
之所以會出現這種情況，是因為科學家發現的量子現象在宏觀世界中從未出現過。量子力學與經典力學的對立是微觀世界與宏觀世界對立的縮影。
同壹個世界不應該有同壹個理論嗎？
愛因斯坦開始質疑。量子力學太玄乎了，提出的概念實在令人費解。愛因斯坦是量子物理學的奠基人之壹，但此時他站出來，深刻地否定了量子力學本身的壹些基本概念和完備性。
量子物理學家不同意他的觀點。毫無疑問，新興的量子力學已經取得了巨大的成就。各種學術期刊火藥味很濃。看來如果這些科學家相遇，會有火星撞地球般的激烈口才。很快，這樣的會議真的來了。
4、
“表面上最強”的物理學家辯論
比利時，1927。著名的第五屆蘇威會議。
這是物理學史上最偉大的聚會。比如華山論劍，江湖頂尖高手悉數到場，都是物理學各個分支的旗幟人物。照片中的29位參與者中，已經有17位獲得了諾貝爾獎，被稱為物理學的“全明星”事件。
照片中愛因斯坦坐在中間，可見他當時在學術圈的地位。他以因果關系為武器，分析了量子力學的現狀，指出量子力學的研究不盡如人意。
所謂因果論，就是壹切事物的產生和發展都是有因有果的。這是天衣無縫的道理。
愛因斯坦的支持者包括薛定諤和德布羅意。
他的反對者眾多，他們有壹個統壹的名字——哥本哈根學派。掌舵的是玻爾，他為量子力學奠定了重要的理論基礎。特別值得壹提的是，玻爾曾經訪問過中國，他把中國的太極圖放在了家徽裏。波爾認為太極完美地解釋了他的互補原理。就像光的波粒二象性壹樣，波和粒子的性質是互補的。
玻爾帶領了壹批30歲左右有才華的年輕人。玻恩、海森堡、泡利和狄拉克是這個學派的主要成員。他們對量子力學的解釋被稱為量子力學的“正統解釋”。
哥本哈根學派的論證是基於計算的概率論。在量子世界裏，結果往往並不明確，只是壹種概率。
我們來舉例說明壹下“量子隧道效應”。
壹般認為電子不能穿過夾在兩種金屬之間的絕緣層。但是哥本哈根學派說，電子有可能穿過絕緣層。經過計算，可以得到概率的數值。這就是“量子隧道”。如果放到宏觀世界，人能穿墻嗎？根據量子隧穿，宏觀物體也可以有隧穿效應。壹個人穿墻也是可能的，但要求組成這個人的所有微觀粒子同時穿墻，實際上是不可能的。但在概率上，人是可以穿墻的。
愛因斯坦對這樣的概率理論嗤之以鼻。概率的存在只是量子力學理論的壹個不完全證明。量子力學還沒有找到壹個完整的理論來描述微觀和宏觀世界。
“上帝不會擲骰子，”愛因斯坦說。
“愛因斯坦，不要對上帝指手畫腳！”波爾回擊道。
5、
愛因斯坦在第五屆索爾維會議上沒有獲獎，甚至失敗了。他不甘心。三年後的第六屆，他卷土重來。
愛因斯坦總結經驗，放棄具體案例的討論，把矛頭指向哥本哈根學派的理論基礎——“測不準原理”。
下面簡單介紹壹下這個原理。為了直觀地了解原子內部，人們會畫出這樣的圖。
電子圍繞原子核旋轉，看起來就像行星圍繞太陽旋轉。
但這是錯誤的。軌道不存在。事實上，原子內部看起來更像這樣。
像雲壹樣，科學家稱之為“電子雲”。這看起來像壹個致密的雲，其中實際上只有幾個電子，甚至是1。
雲的出現是因為電子在狹窄的原子空間中以接近光速的速度運動，只能看到壹朵雲。
測不準原理說，在原子內部，電子的運動是不規則的。當我們知道了電子的位置，就不可能知道它們的速度。位置和速度不能同時知道，這與描述宏觀世界的經典物理學相悖。例如，我們可以計算地球在任何時候繞太陽運行的速度和位置。
愛因斯坦認為不存在這樣的測不準原理只是因為我們缺乏觀察的手段和合理的公式。
每天在酒店吃早餐，科學家開會的時候，愛因斯坦描述了壹個思維實驗，從這個實驗中他認為哥本哈根學派解釋的矛盾可以看得很清楚。
玻爾在晚上解釋了這些理想實驗，他會在晚餐時為愛因斯坦分析。
愛因斯坦無法反駁這些分析，但在他心裏，他是不服氣的。
在第六次蘇威會議上，愛因斯坦再次以失敗告終。
由於第二次世界大戰迫在眉睫，愛因斯坦遭到德國納粹迫害，逃到美國，沒有參加三年後的第七次索爾維會議。
索爾維量子力學會議結束了，但是關於量子力學的爭論還在繼續。
6、
從65438年到0935年，愛因斯坦和他的支持者對哥本哈根學派發起了總攻。
愛因斯坦質疑量子糾纏。
所謂量子糾纏，是量子世界的又壹奇妙現象。科學家發現在同壹個特殊反應中可以產生兩個且只有兩個糾纏量子。這兩個量子像雙胞胎壹樣作用於其中壹個，另壹個會同時做出同樣的改變。比如壹對糾纏的電子，如果它們的糾纏模式是反向糾纏，壹個正向旋轉，那麽另壹個必然反向旋轉。假設妳把前面的電子改成反轉，那麽另壹個也會改成正轉。而且，無論這兩個電子聚到多遠，即使在銀河系的兩端，也無法阻止它們同時發生變化。
它們是如何連接的？這個連接速度甚至達到了光速的十倍。這不科學。因為根據相對論，光速是不可超越的。愛因斯坦將這種幽靈般的聯系稱為“幽靈效應”。
誠然，直到今天，我們也沒有確鑿的證據找到可以超過光速的物質。所以哥本哈根學派告訴愛因斯坦，世界就是這樣的。
愛因斯坦的主要支持者薛定諤甚至提出了壹個對哥本哈根學派來說猶如噩夢的實驗——“薛定諤的貓”。
既然量子力學的理論是解釋微觀狀態，那怎麽和宏觀世界結合呢？薛定諤假設壹個原子核放在壹個盒子裏。原子核是壹個量子概念，它會在壹個不確定的時間內自發衰變。沒有人能預測衰變的準確時間。盒子裏設計了壹個機械裝置。原子核衰變時，會連上壹把錘子，打碎能毒死貓的毒氣瓶。把壹只貓放在盒子裏，然後蓋上盒子。請問壹段時間後，盒子裏是活貓還是死貓？
根據哥本哈根學派的理論，觀察行為會改變物質變化的狀態。好吧，那觀察呢？
對此，哥本哈根學派只能咽下苦水，承認貓處於半死不活的混合狀態。
玻爾和愛因斯坦的爭論，也是量子力學和經典力學的爭論。雖然爭論至今沒有定論，但它促進了量子力學的發展和完善。
這場辯論廣泛傳播了哥本哈根學派的觀點。
科學家並沒有停下腳步，他們巧妙地繞過了誰對誰錯的研究，而是選擇忠於實驗結論和計算結果。當被問及量子力學的原理時，大多數物理學家會說“閉嘴，去做計算”。
玻爾說:“壹切我們稱之為真的東西，都是由我們不能稱之為真的東西組成的。”量子力學充滿了奇怪的理論，但是所有的實驗和計算都證明了它是正確的。原理不明；事實證明愛因斯坦錯了。
根據量子力學的方程，人們設計出了可以控制微小電流的開關，應用於激光器、晶體管、集成電路等電子工業的大部分領域。可以說，如果量子力學不成立，那麽我們的電腦、手機、相機等電子元器件都會失效。沒有量子力學的世界，我們只能回到蒸汽時代。
7、
以上是量子力學的壹個簡單發展過程。近年來，量子力學這個詞出現的頻率越來越高。我們普通人怎麽才能輕松理解量子力學？如果能打破幾個思維定勢，我們也能進入量子力學的奇妙世界。
顛覆性思維之壹，量子化無處不在。
從量子的名字來看，很多人看到叫“子”就以為是微小的粒子。理解量子的時候，請忽略後面的“子”字，看前面的“量”字。Quantum在拉丁語中是“多少”的意思，代表“某種物質的壹定量”。
雖然量子力學研究的是基本粒子，但是量子化是宇宙的屬性。從行星到細胞，最終的分解是可以量子化的。即使是人類的思維，科學也證明了我們的意識不是連續的，每0.042秒就有微小的斷開。那麽我們的意識在0.042秒內可以算是壹個量子化的意識。
我們生活的宏觀世界是由微觀世界組成的，它們之間沒有明確的界限。甚至我們人類的身體也是由微小的原子組成的。根據波粒二象性，如果我告訴妳，人也是由波組成的，那就不需要意外了。這在德布羅意的“物質波”理論中已經得到了回答。
另外抽象到空間也是可以量子化的。空間的量子化產生了蟲洞。蟲洞的概念是指只要我們有足夠的能量，就可以打開單位空間的縫隙。有了這樣的蟲洞，我們可以進行時間旅行和空間轉移。這不是科幻，至少從數學計算上是可行的。蟲洞又叫“愛因斯坦-羅森橋”，是愛因斯坦和羅森在研究引力場方程時計算出來的。
比如太極的奧妙，宏觀和微觀互相交融，而不是對立的。解釋宏觀世界的經典物理學和解釋微觀世界的量子力學仍然極不相容，沒有達成壹致，但壹些科學家已經開始通過實驗將它們統壹起來。由此，可能會產生更多精彩偉大的理論。
顛覆性思維二:沒有唯壹的真理，即使在科學中也是如此。
當蘋果砸到牛頓的頭時，他發現了萬有引力。今天我們知道，扔蘋果，只要有足夠的能量，甚至可以把蘋果扔出地球。這是古代人無法想象的。
認知沒有止境的時候，真理是相對的。
假設世界只是壹個平面，我們都是二維平面人，那麽我們連壹個三維世界的地面上出現兩個腳印的原理都無法理解。好在我們是立體的，知道腳印上面有壹個完整的人。遠距離量子糾纏的“鬼效應”是什麽原因？目前，科學家們有不同的解釋。有的認為光速不是極限速度，超光速傳導產生“鬼效應”。但也有科學家認為，宇宙本身是壹個11維的空間，“幽靈效應”是由空間中被壓縮的看不見的維度造成的。
雖然原理還沒搞清楚，但中國已經在去年8月發射了壹顆量子通信衛星，利用量子糾纏，領先世界。
量子力學正在滲透到科學的所有領域。例如，生物學家甚至已經證明，我們的嗅覺並不是由我們通常認為聞到事物的分子產生的，而是像我們的耳朵壹樣，我們“聽到”事物中亞原子粒子的波動來區分它們。量子生物學正在顛覆傳統生物學。
科學研究還在繼續，可以肯定的是，我們看到的世界並不是它的全部。
第三種顛覆性思維:沒有絕對存在，概率才是真實面目。
如果妳在北京，妳在北京的什麽地方對我來說？量子力學的解釋是，妳在北京的任何地方。就像我們想知道壹個電子在原子中的位置壹樣，電子是以波的形式存在於整個原子空間中的，它不會出現在壹個特定的點上，直到妳去觀察它。同樣的，在我沒有觀察到或者被告知的時候，妳就像壹個電子，在北京的任何壹個角落都有存在的概率。
量子力學目前還不能準確解釋這個邏輯。他們說這是真實的世界。
這個概率的意義在目前的量子計算中更有實際意義。
眾所周知，現代計算機的數學基礎是二進制。在計算機二進制中，壹個信息單位稱為壹位。壹位可以是0或1。如果我輸入兩位01，傳輸後還是01。量子比特不壹樣。我輸入兩個最小單位的量子比特，都可能是0或1，概率相等。此時輸出的結果不再是單壹的消息，而是四種可能，00，01，10，11。量子計算給了我們四個等概率的備選和不確定答案。這可以簡單的認為是量子計算的原理。
2量子位信息，答案是2的2次方；三個量子位是二的三次方；.....20個量子位，是2的20次方，也就是1百萬以上。
量子計算會隨著量子比特的增加呈幾何級數增長。比如我們想從654.38+0萬比特的信息中找到我們想要的那個。量子計算機不會像經典計算機那樣逐個搜索，而是同時搜索654.38+0萬個答案。只要設置好條件，計算機壹秒鐘就能找到這個比特信息。
這是中國在5月3日公布的量子計算機的計算能力。因為中國科學家已經實現了糾纏態10對的量子計算，10對-20個量子，也就是計算中的20個量子比特。
為了判斷量子計算是否牛逼，學術界有三個指標節點:第壹步，在計算能力上超越早期的經典計算機，然後超越我們使用的個人計算機，最後超越超級計算機。
中國科學家率先完成了世界上最難的第壹步。
量子計算機離我們如此之近。
量子力學理論從量子這個詞誕生至今，已經有117年的歷史了。量子力學顛覆了我們的生活。隨著對量子力學研究的深入，實用的量子產品終將迎來井噴的壹天。
玻爾說:“如果有人對量子理論不感到震驚，那他根本就不了解它。”
我們對量子的無知就像300多年前我們對光的無知壹樣。在探索量子世界秘密的過程中，智慧之花也在悄然綻放。
也許，在未來的某壹天，人類會全面了解量子世界，發現量子力學這壹超現代科學本身就是壹個古老的生命事實。