每當(dāng)人們說起宇宙,通常都是指跨度數(shù)十億光年,可以通過射線望遠鏡和宇宙成像技術(shù)看到的廣袤空間,人們會聯(lián)想到星系,恒星和行星等諸如此類的龐然大物,在萬有引力的作用下運轉(zhuǎn),背后隱藏著自然規(guī)律,而且我們會覺得那些規(guī)律永遠都有效。
然后,還存在另一種宇宙,看不見的宇宙在控制著我們看到的一切。當(dāng)我們變小數(shù)萬億倍,到了微觀世界,那里的法則遠遠不同于我們對宏觀世界的直覺認識。
微觀宇宙的魔法就發(fā)生在一個億分之一米或者說原子大小的范圍內(nèi),那種狀態(tài)下的物質(zhì)表現(xiàn)非常不同,所以科學(xué)家建立了一套全新的規(guī)則對其加以描述,稱之為量子理論。
這個理論的內(nèi)容非常特別。如果用棒球代表電子或者光子這樣的次原子粒子,這些粒子在微觀世界里非常怪異。如果棒球就是次原子,它能輕而易舉地穿過固體物質(zhì),能在同時位于不同的地方,而且似乎能夠讓時光倒流改變過去!
也就是說,在微觀世界,你可以將棒球同時投到一壘和本壘,或者可以改變看似鐵定的比賽結(jié)果,哪怕比賽還在進行著。這聽起來就像是科幻小說,但如今我們知道這是有可能的,至少在量子世界是可能的,那里會發(fā)生各種離奇的事情!
如果科學(xué)家們能夠知道那些離奇事情的個中緣由,他們就能把它用在我們的日常生活,使現(xiàn)代計算機發(fā)生徹底變革,甚至可能會讓我們在茫茫宇宙間實現(xiàn)即時通訊,哪怕我們相距上千光年!
而把這些神奇變?yōu)楝F(xiàn)實的關(guān)鍵過程被稱為量子糾纏,科學(xué)家們已經(jīng)把這個驚人的發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在民事和軍事上。量子糾纏表明,一個物體發(fā)生變化的同時,另一個物體可以立即發(fā)生變化,哪怕兩者之間相隔數(shù)百萬公里甚至更遠,其原理是這樣的。
兩個次原子粒子互動時會發(fā)生糾纏,就是說它們的旋轉(zhuǎn),位置或其他特性會發(fā)生關(guān)聯(lián),如果測量了其中一個粒子,就能立即確定另一個粒子的狀態(tài),相關(guān)事件證明確實如此,另一個粒子的量子態(tài)在你測量對應(yīng)粒子的量子態(tài)時就已經(jīng)被確定了!
這意味著,如果科學(xué)家讓一個粒子按順時針方向旋轉(zhuǎn),則與其糾纏的另一個粒子將會立即朝反方向轉(zhuǎn)動!
或許你覺得很好玩,但最震撼的是那兩個糾纏的粒子相距可是達到了數(shù)百萬光年之遙,當(dāng)你研究其中一個粒子的旋轉(zhuǎn)情況,就能知道另一個粒子的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)!
這很不可思議。因為這樣意味著信息會從一個粒子立刻傳送到另一個粒子,快得遠超光速。目前沒有誰能解釋真正的原因,即連愛因斯坦也稱之為“幽靈般的超距離作用”!
量子糾纏不僅是微觀世界中的一個謎,在現(xiàn)實世界中,量子糾纏現(xiàn)象也能被看到,被感覺到。如果科學(xué)家能突破某些重大障礙,將來有一天,量子糾纏會幫助人類跨越遙遠的距離,進行即時通信!
人類往往認為量子糾纏會達成我們的渴望,能讓信息以超光速的速度運行,但是要實現(xiàn)這樣的通信實在太難了,因為要建立這樣的系統(tǒng),只能以比光速慢的速度把它們帶到遙遠的地方。
不管怎樣,量子糾纏很可能引起現(xiàn)代計算機的變革,科學(xué)家們希望借助微觀宇宙的魔力去建立強大的新型計算機。不過就像20世紀(jì)50年代的初級計算機,如今量子計算機還處于初期,龐大的機器占據(jù)了許多空間,目前只能做非常簡單的計算,但是它們前途無量。
量子計算機利用量子獨特的性質(zhì)以超越傳統(tǒng)的方式進行計算,主要障礙在于如何將計算機使用的1和0進行有效編碼,讓微觀宇宙通過量子糾纏進行處理。不過一旦科學(xué)家有了解決之道,量子計算機會徹底改變世界!
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