第263章 雙縫干涉
第263章 雙縫干涉
「閉關中！謝絕一切電話和拜訪，勿擾！」
群發完簡訊，李默猶豫了一下，打開了手機通話白名單並沒有選擇直接關機。
他現在已經不是那位曾經「無事一身輕」的研究生了。
燕京墨子科技實驗室由於研發出黑科技電池，在國際上名聲大增，每天都會收到不少國內外實驗室申請交流的請求。
墨星科技的事物更是繁忙，墨星電池二期工廠雖然已經投產，但產能還是遠遠不能滿足市場的需求。「財大氣粗」的墨星科技不得不繼續建設新工廠，現在3，4，5號工廠正在建設中。6，7，8號工廠處於選址階段。
由於墨星電池的環保屬性，電池工廠不會排放任何有害物質，並且按照目前的產能，每年能繳納數十億的利稅，還可以提供數千的工作崗位。所以一些有遠見的地方，紛紛對墨星科技伸出了橄欖枝。
一時間，李默的日常任務中，多了許多不得不接的電話，在不堪其擾後，他把工廠選址的權利。但那些一心為民的地方，派出專人等在墨星科技門口。搞得現在夏晴上下班就像是執行秘密任務的特工一樣。
李默從「背包」中取出一罐精力咖啡，一飲而盡，然後閉上眼睛，排除腦袋中紛雜的念頭。
許久，重新睜開眼睛時，他已經進入了「爆肝」模式。
量子計算機的基礎-量子力學產生於19世紀末，科學家們發現經典力學和經典電動力學在描述微觀系統時的存在著越來越多的不足。
和可以真實描述的宏觀系統不同，微觀系統充滿了不能被直接觀測的隨機性。
奧地利著名物理學家薛丁格曾經提出了一個讓所有物理學家都痛恨的實驗，那就是「薛丁格的貓」。在實驗中一隻可憐的被貓被「兇殘」的薛丁格，關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。
由於放射性元素鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，可憐的貓就會立刻死亡。
如果鐳不發生衰變，貓就可以繼續存活。
由於盒子的存在，人類不能直接觀察到那只可憐的貓是否活著，那麼現在問題來了，這只可憐的貓兒的狀態是死還是活？
如果根據經典物理學，在盒子裡必將發生這兩個結果之一，盒子內的貓不是生就是死，但外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。
而在量子的世界裡，當盒子處於關閉狀態，整個系統則一直保持不確定性的波態，即貓處於生死疊加狀態。當實驗人員打開盒子，由於有觀察者的存在，盒子內發生了量子波函數坍縮，所以貓會呈現出「真實」的狀態。
也就是說，在量子世界中，觀察者的存在可以影響到物質的狀態。
如果說薛丁格的貓只是一個假設的思想實驗，而另一個「驚悚」的實驗更能說明量子狀態的神奇之處。
這個實驗就是雙縫實驗，它本是一種演示光子或電子等等微觀物體的波動性與粒子性的簡單實驗。
科學家們利用實驗設備，連續發射單個的電子穿過有著兩條縫隙的障礙物，最後這些電子會落在用於觀測的屏幕上面，在重複了很多次的這個過程之後，觀測屏上顯示出了干涉現象，也就是說電子在運動過程中表現出了波的性質，它能夠以波的形式同時穿過兩條縫隙，並且「與自己產生干涉現象」。
可在一位實驗員突發奇想的操作之下，讓這個簡單的實驗，成為了「最恐怖」的實驗。他在兩個縫隙上都安裝了能夠觀察電子的感應裝置，這樣就可以知道，電子到底是通過了哪一個縫隙。
然後詭異的事情就發生了，當安裝了感應裝置之後，再次進行雙縫實驗時，這位實驗員驚奇的發現，屏幕上的本應存在的干涉條紋消失了，電子只表現出了粒子性。
而當他移除了感應裝置，電子的干涉條紋馬上就又出現了，這說明電子表現出了波動性！
也就是說，「有人觀察」電子時，它表現出了粒子性。當「無人觀測」電子時，它卻表現了波動性。
當他把這種「不合邏輯」的實驗結果，寫成論文發表在雜誌上後，引起了許多同行的質疑。電子的行為怎麼會受到「觀測者」的影響呢？
為了推翻他的實驗結果，同行們重複了他的實驗過程，結果出乎他們意料的是，實驗的結果和那位實驗員得到的結果一模一樣，當電子「被人觀測時」會改變運動狀態。
「這是玄學！」，「這個電子不科學！」
這種無法用科學解釋的實驗結果在科學界引發了一場軒然大波。
隨後，科學家們做了升級版的雙縫干涉實驗，那就是延遲雙縫干涉實驗，結果還是一樣。
不甘心的他們又做了更升級版的實驗，量子擦除試驗。這次科學家們採用光子作為實驗對象。
無論是電子和光子，無論實驗人員採用何種實驗手段。實驗中的微觀粒子就像是一個個有思想的、無所不知的精靈，當沒有觀測者的時候，它們是一個個波函數，而當它們知道有人在觀測它的時候，它們馬上就只表現出粒子性。
這個「恐怖實驗」震驚了科學界，量子學家們提出了各種解釋，最出名的要數哥本哈根詮釋和理查·費曼的路徑積分表述，它們分別從實驗實際精度和數學路徑上試圖解釋這種奇怪的現象。可惜在李默看來，它們這種做法已經犯了物理學中的大忌，那就是由結果推測原因。
因為不同的原因可能造成同一個結果。
李默之所以對這個實驗感興趣的原因就在於，他已經隱約感覺到這個實驗中，蘊含著量子計算機的出路。
目前量子計算機的難點在於量子晶片，而量子晶片的困難之處就在於，如何把核心粒子長時間維持在量子態。
國內外大部分實驗室採用了-273攝氏度超低溫技術，延長核心粒子處於量子態的時間，但一旦核心粒子的數目超過了58，量子態的維持時間就會指數級的下降。而昂貴的超低溫設備，也導致量子計算機只能存在於實驗室中。
現在雙縫干涉為李默提供了一個全新的思路。
如果選取一對處於量子糾纏狀態的粒子，其中一個粒子作為量子晶片的核心粒子，安裝在計算機晶片中，另一個粒子則被放置處於「觀測者」效應的磁場中。
處於磁場中的核心粒子由於「觀測者」效應，會一直保持在「量子態」。根據量子糾纏理論，量子計算機計算晶片中與它配對的那個核心粒子，也會一直保持在「量子態」。
這樣就可以製造出，適合在常溫常壓下使用的量子晶片了。
由於不需要龐大的低溫冷卻系統，量子晶片的體積將於電子晶片差不多大，那麼甚至有可以應用於手機設備上的可能性，畢竟現在手機上的晶片就是由電腦晶片簡化而來。
現在要做的事情，就是尋找到這種「神奇」的粒子。
想到這裡，李默拿起了紙和筆，作為一個數學家，他首先要做的事情就是用數學詮釋這種粒子的存在。
(本章完)
「閉關中！謝絕一切電話和拜訪，勿擾！」
群發完簡訊，李默猶豫了一下，打開了手機通話白名單並沒有選擇直接關機。
他現在已經不是那位曾經「無事一身輕」的研究生了。
燕京墨子科技實驗室由於研發出黑科技電池，在國際上名聲大增，每天都會收到不少國內外實驗室申請交流的請求。
墨星科技的事物更是繁忙，墨星電池二期工廠雖然已經投產，但產能還是遠遠不能滿足市場的需求。「財大氣粗」的墨星科技不得不繼續建設新工廠，現在3，4，5號工廠正在建設中。6，7，8號工廠處於選址階段。
由於墨星電池的環保屬性，電池工廠不會排放任何有害物質，並且按照目前的產能，每年能繳納數十億的利稅，還可以提供數千的工作崗位。所以一些有遠見的地方，紛紛對墨星科技伸出了橄欖枝。
一時間，李默的日常任務中，多了許多不得不接的電話，在不堪其擾後，他把工廠選址的權利。但那些一心為民的地方，派出專人等在墨星科技門口。搞得現在夏晴上下班就像是執行秘密任務的特工一樣。
李默從「背包」中取出一罐精力咖啡，一飲而盡，然後閉上眼睛，排除腦袋中紛雜的念頭。
許久，重新睜開眼睛時，他已經進入了「爆肝」模式。
量子計算機的基礎-量子力學產生於19世紀末，科學家們發現經典力學和經典電動力學在描述微觀系統時的存在著越來越多的不足。
和可以真實描述的宏觀系統不同，微觀系統充滿了不能被直接觀測的隨機性。
奧地利著名物理學家薛丁格曾經提出了一個讓所有物理學家都痛恨的實驗，那就是「薛丁格的貓」。在實驗中一隻可憐的被貓被「兇殘」的薛丁格，關在裝有少量鐳和氰化物的密閉容器里。
由於放射性元素鐳的衰變存在機率，如果鐳發生衰變，會觸發機關打碎裝有氰化物的瓶子，可憐的貓就會立刻死亡。
如果鐳不發生衰變，貓就可以繼續存活。
由於盒子的存在，人類不能直接觀察到那只可憐的貓是否活著，那麼現在問題來了，這只可憐的貓兒的狀態是死還是活？
如果根據經典物理學，在盒子裡必將發生這兩個結果之一，盒子內的貓不是生就是死，但外部觀測者只有打開盒子才能知道裡面的結果。
而在量子的世界裡，當盒子處於關閉狀態，整個系統則一直保持不確定性的波態，即貓處於生死疊加狀態。當實驗人員打開盒子，由於有觀察者的存在，盒子內發生了量子波函數坍縮，所以貓會呈現出「真實」的狀態。
也就是說，在量子世界中，觀察者的存在可以影響到物質的狀態。
如果說薛丁格的貓只是一個假設的思想實驗，而另一個「驚悚」的實驗更能說明量子狀態的神奇之處。
這個實驗就是雙縫實驗，它本是一種演示光子或電子等等微觀物體的波動性與粒子性的簡單實驗。
科學家們利用實驗設備，連續發射單個的電子穿過有著兩條縫隙的障礙物，最後這些電子會落在用於觀測的屏幕上面，在重複了很多次的這個過程之後，觀測屏上顯示出了干涉現象，也就是說電子在運動過程中表現出了波的性質，它能夠以波的形式同時穿過兩條縫隙，並且「與自己產生干涉現象」。
可在一位實驗員突發奇想的操作之下，讓這個簡單的實驗，成為了「最恐怖」的實驗。他在兩個縫隙上都安裝了能夠觀察電子的感應裝置，這樣就可以知道，電子到底是通過了哪一個縫隙。
然後詭異的事情就發生了，當安裝了感應裝置之後，再次進行雙縫實驗時，這位實驗員驚奇的發現，屏幕上的本應存在的干涉條紋消失了，電子只表現出了粒子性。
而當他移除了感應裝置，電子的干涉條紋馬上就又出現了，這說明電子表現出了波動性！
也就是說，「有人觀察」電子時，它表現出了粒子性。當「無人觀測」電子時，它卻表現了波動性。
當他把這種「不合邏輯」的實驗結果，寫成論文發表在雜誌上後，引起了許多同行的質疑。電子的行為怎麼會受到「觀測者」的影響呢？
為了推翻他的實驗結果，同行們重複了他的實驗過程，結果出乎他們意料的是，實驗的結果和那位實驗員得到的結果一模一樣，當電子「被人觀測時」會改變運動狀態。
「這是玄學！」，「這個電子不科學！」
這種無法用科學解釋的實驗結果在科學界引發了一場軒然大波。
隨後，科學家們做了升級版的雙縫干涉實驗，那就是延遲雙縫干涉實驗，結果還是一樣。
不甘心的他們又做了更升級版的實驗，量子擦除試驗。這次科學家們採用光子作為實驗對象。
無論是電子和光子，無論實驗人員採用何種實驗手段。實驗中的微觀粒子就像是一個個有思想的、無所不知的精靈，當沒有觀測者的時候，它們是一個個波函數，而當它們知道有人在觀測它的時候，它們馬上就只表現出粒子性。
這個「恐怖實驗」震驚了科學界，量子學家們提出了各種解釋，最出名的要數哥本哈根詮釋和理查·費曼的路徑積分表述，它們分別從實驗實際精度和數學路徑上試圖解釋這種奇怪的現象。可惜在李默看來，它們這種做法已經犯了物理學中的大忌，那就是由結果推測原因。
因為不同的原因可能造成同一個結果。
李默之所以對這個實驗感興趣的原因就在於，他已經隱約感覺到這個實驗中，蘊含著量子計算機的出路。
目前量子計算機的難點在於量子晶片，而量子晶片的困難之處就在於，如何把核心粒子長時間維持在量子態。
國內外大部分實驗室採用了-273攝氏度超低溫技術，延長核心粒子處於量子態的時間，但一旦核心粒子的數目超過了58，量子態的維持時間就會指數級的下降。而昂貴的超低溫設備，也導致量子計算機只能存在於實驗室中。
現在雙縫干涉為李默提供了一個全新的思路。
如果選取一對處於量子糾纏狀態的粒子，其中一個粒子作為量子晶片的核心粒子，安裝在計算機晶片中，另一個粒子則被放置處於「觀測者」效應的磁場中。
處於磁場中的核心粒子由於「觀測者」效應，會一直保持在「量子態」。根據量子糾纏理論，量子計算機計算晶片中與它配對的那個核心粒子，也會一直保持在「量子態」。
這樣就可以製造出，適合在常溫常壓下使用的量子晶片了。
由於不需要龐大的低溫冷卻系統，量子晶片的體積將於電子晶片差不多大，那麼甚至有可以應用於手機設備上的可能性，畢竟現在手機上的晶片就是由電腦晶片簡化而來。
現在要做的事情，就是尋找到這種「神奇」的粒子。
想到這裡，李默拿起了紙和筆，作為一個數學家，他首先要做的事情就是用數學詮釋這種粒子的存在。
(本章完)