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：量子是因為構成物質的分子、原子、電子、光子等微觀粒子具有量子效應，所以也可以叫它們為量子，量子效應包括能量的不連續、位置不確定、狀態疊加、干涉、糾纏等。

我們中學裡做的雙縫干涉物理實驗，就是光子干涉引起的，這就是一種量子效應。

微觀粒子一般都具有量子效應，又分為費米子和玻色子兩類。

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，如果你用一個裝置，使這隻貓剛好50%的機率死亡，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，且兩種狀態機率相等）。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。