量子疊加

量子是什麼

量子科學，對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背後也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。

問：量子究竟是什麼？

答：量子是構成物質的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。

量子是物質的最基本構成單元，或者說是能量的最基本攜帶者。所有的微觀粒子，包括分子，原子，電子和光子都是量子的一種表現形態。舉個簡單的例子，我們每天都要喝水，把一杯水分成一半，然後四分之一，一直細分下去，就變成一個個水分子了，而水分子本身就是量子的範疇。

構成世界的所有物質都是由很小的微粒子組成的，所以從某種程度上講，人類就是一個龐大量子的集合體，整個世界也是由量子組成的。因為已經是最小的單位了，所以量子不能再被分割。

比如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”，同理，也不存在“半個氫原子”“半個水分子”等等。量子世界中有兩個基本原理：

——量子疊加，就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。著名的“薛丁格的貓”理論曾經形象地表述為“一隻貓可以同時既是活的又是死的”。

——量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，二者無論距離多遠都“心有靈犀”。當兩個微觀粒子處於糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，並做相應改變。

小小的量子有一個非常奇怪的特性，那就是量子疊加。在我們熟悉的經典世界裡，一切都是確定性的，比如說一隻貓，它要么是死的，要么是活的。再比如說，你在一棟三層樓里，在某一個具體的時間點，你只可能在其中的一個地點。

但在量子世界卻完全不同，只要沒有人來干擾（這一說法叫測量或者觀察），你的狀態就是不確定的。一隻貓既可以是死的，也可以是活的，還可以處在死和活的疊加狀態上（參考薛丁格的貓），而你也可以同時在三層樓的任何地點。因為這些不確定性，所以量子不能被準確複製。

薛丁格貓有過這樣的討論，作為理論家和那些在套用領域的專家試圖找出是否真的可能導致整個貓同時出現在兩個地方的情況。

所謂疊加狀態，是假設當一隻貓被封閉在一個內部信息不為人知的盒子裡，用一隻槍向盒子裡射擊，如果只發射了一枚子彈，而貓這時非死即活，這時貓的量子態就是死貓狀態和活貓狀態的混合體（因為人們不能準確地知道貓此時狀態）。疊加狀態會引起量子糾纏，這也成了量子隨機事件的依據之一。