奇妙的“纠缠”与“叠加”！科普进校园走进萧山中学揭秘量子世界

在19世纪物理学的天空，一直存在着“两朵乌云”，一朵是热辐射中的“紫外灾难”，另一朵是迈克尔-莫雷干涉实验的以太零结果。而恰恰是这“两朵乌云”不断升级演化成巨大的风暴，拉开了近代物理学的序幕……

近日，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）求是科创学者汪华走进萧山中学，与该校高一年级同学一起解密19世纪的 “两朵乌云”，在奇幻的量子世界里领略前沿物理的魅力，探索物质和生命的本质。

01

走近量子世界：

体验微观世界里的奇妙 “纠缠”

量子是什么？汪华说：“量子是参与物质作用的最小基本单位。我们中学物理书上提到的分子、原子、电子，其实都是量子的不同载体。”可以说，我们的世界由量子组成。

在我们日常生活的宏观世界里，物体的位置、速度等，都可以通过经典力学精确测算。但在微观量子世界里，却有着截然不同的奇妙物理规则，最有代表性的是“叠加”与“纠缠”。汪华解释道，在宏观世界，任何物体在某一时刻都有确定的状态和位置。但在微观世界，量子却同时处于多种状态的“叠加”，这就是著名的物理学思想实验“薛定谔的猫”。薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加：箱子里有一只猫，在宏观世界中它要么是活的，要么是死的。但在量子世界中，它可以同时处于生和死两种状态的叠加。而量子纠缠是当量子态在彼此相互作用后，单个量子态所拥有的特性已综合成为整体的性质。汪华说，举个形象生动的例子，有点像我们常说的“心灵感应”，即使两人相距很远没有物理接触，却可以相互影响和感知对方。

课堂上，汪华还向在场同学介绍道近日美国罗切斯特大学研究人员发现的室温超导现象，解读该项成果在学界引起轩然大波的原因。汪华介绍，超导意思是“超级导电”，具有零电阻和完全抗磁特性，属于物理学里面最大、最重要的分支学科之一的凝聚态物理学，而室温超导是凝聚态物理学的“圣杯”之一。“超导的应用非常广泛，比如磁悬浮列车、核磁共振、电力设备、量子计算机等领域，室温超导体如果能够量产的话，将对人类生活产生重大的影响。”然而，目前研究的超导体有着低温或者高压的“枷锁”，所以实现常压下的高温超导意义重大，当然这项研究成果还存在争议，有待科学界进一步验证。

在场同学纷纷感叹量子力学是如此一个神秘的、令人捉摸不透的学科，充满魔力却又令人费解。

02

畅谈量子力学：

共话未来科学的无限可能

量子理论的出现，在上世纪引发了第一次量子革命，催生了现代信息技术。汪华介绍，近年来，基于量子理论，核能、激光、半导体等科技又再次得以问世，进而发展出计算机、互联网、手机等重大应用。

汪华介绍道，如今的量子科技已然成为各国战略科研布局方向，而我们国家也正在加速第二次量子革命的进程，为国际量子科研版图增添重要力量。以量子计算为例，依托量子计算机，可以突破摩尔定律极限，实现运算能力的指数级增长。当传统计算机需要数万年才能破解的复杂密码，量子计算机几秒钟内就能破解。此外，类似的革命性成果还可以广泛应用于量子通讯、量子测量等领域。如今，在量子科技产业化的前夜，我们可以大胆想象未来生活的无限可能。

暗物质是什么？量子纠缠是否可以被观测？物理世界的坍缩到底何为？人脑是不是基于量子力学的？讲座后，汪华与在座学生深入交流探讨量子物理学领域科学原理、学科发展、未来应用等，在思想碰撞中洞悉物质和生命的本质，畅谈量子力学未来的无限可能。汪华鼓励同学们向这些量子物理学家们学习，永远葆有对科学的质疑精神，不迷信经典物理学的权威，敢于突破传统观念的禁锢。

弘扬科学家精神、传播科学知识。当前，浙大杭州科创中心“学雷锋活动”正在推进中，“科普进校园”等作为活动的重要组成部分也开展得如火如茶，依托自有科研资源，科创中心有效整合社会科普资源，广泛开展科普宣传，推动科教事业发展。

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文字/图片：孔晓睿

本文编辑：孔晓睿

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