从墨子号到九章：中国量子科技突破背后，什么才是真正的"量子"?

发布者：落霞秋水 2025-12-20 10:06

从“墨子号”卫星到“九章”量子计算机，中国在量子科技领域取得的一系列瞩目成就后，“量子”成为科技领域最炙手可热的名词之一，引发广泛好奇与讨论。然而，热潮之下，理清“量子”究竟为何物，已成为一项必要而紧迫的科普工作。

“量子”一词常被误认为是一种比原子、电子更小的基本粒子。实际上，这种理解偏离了核心。对“量子”的正确认识需把握两层含义：其一，是“量子化”这一核心概念；其二，才是以量子力学为基础的科学技术。

“量子化”描述的是不连续的、离散的变化方式，犹如台阶只能逐级而上，无法停留在两级之间。此时，变化的最小单元就被称为“量子”。

在日常生活中，这类例子比比皆是：统计人数时，“一个人”就是量子；电影院对号入座，“一个座位”也是量子。这些例子清晰表明，量子完全可以是一个宏观事物。

在微观世界里，量子化现象则更为普遍与本质。例如，氢原子中电子的能量只能取一系列分立的值，称为“能级”，这正是原子光谱的起源，也是我们识别遥远恒星元素成分的基础。

又如，光是由一个个光子构成的，光电效应正是单个光子将金属中的电子击出的现象，它构成了现代手机摄像传感器的物理基石。

历史上，原苏联物理学家切连科夫甚至依靠人眼对极少数光子的超高灵敏度，发现了著名的切连科夫辐射现象。

理解“量子”的困难，不仅在于它是什么，更在于澄清它不是什么。常见的误解主要有两种，均源于对“离散变化”前提的忽视。

第一种误解，是将量子简单等同于一种计量单位。虽然量子常与计数相关，但其存在的前提必须是事物本身发生离散变化。

对于连续变化，如平地上行走的距离，可以取任意数值，此时虽有“米”作为单位，却不存在所谓的“距离量子”。将量子等同于一般物理单位，无疑过度简化了这一深刻概念。

第二种误解更为流行，即认为量子是不可分割的“基本粒子”。这种观点错误地将“离散变化”与“物质是否可分”混为一谈。实际上，一个事物能否被分割，与其在特定层面是否呈现量子化，是完全不同的问题。

例如，在“统计人数”这个层面，“一个人”是量子，但这丝毫不妨碍人在生物学上由器官、细胞等构成。同理，“铁原子”是保持铁化学性质的最小单元，即铁的“量子”，但这与铁原子本身由原子核和电子构成并不矛盾。

澄清这些误解至关重要。粒子按其结构可分为基本粒子（如电子、光子）和复合粒子（如质子、原子），但这属于另一个分类维度。

物理学注重实证，例如至今实验仍未测出电子的内部结构，因此在现有精度下视其为点粒子。这远比空谈“物质无限可分”的哲学思辨更具信息量与现实意义。

量子化现象的发现，催生了二十世纪初的物理学革命，最终建立了量子力学。如今，它与相对论共同构成了现代物理学的两大支柱。

量子力学与我们所熟悉的牛顿力学（即经典力学）关系明确：后者是前者在宏观物体低速运动条件下的优秀近似。但在描述微观世界或高速领域时，必须采用量子力学或相对论，经典力学则会失效。

这种“经典”与“量子”的划分，也延伸至技术领域。如今常说的“量子科技”，特指主要依赖于量子力学叠加、纠缠等独特原理的前沿技术，如量子计算与量子保密通信。

有趣的是，我们现在日常使用的计算机，虽其半导体、晶体管等核心技术离不开量子力学的基础支撑，却被习惯性地称为“经典计算机”。

这主要是为了与正在研发中的、利用量子比特进行信息处理的“量子计算机”相区分。后者在原理上具有解决某些特定问题（如大数分解）的潜在巨大优势。

因此，理解“量子”并非某种神秘粒子，而是“离散变化的最小单元”；知晓量子科技是以量子力学原理为基础的前沿探索；厘清量子力学与经典理论的关系，便能建立起对量子世界清晰而坚实的认知框架。

正确理解“量子”，是走出神秘主义迷雾、把握科技浪潮实质的第一步。这也正是《科学世界》等严肃科普刊物所致力于推动的工作。

通过回归科学本源，用清晰的概念破除迷思，公众方能更好地理解国家在量子信息等“新赛道”上的战略布局，真正欣赏那些尖端科技成果背后深邃而美妙的科学之光。

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