盘点那些靠“诡异的”量子力学诞生的现代尖端

超导在1911年就由荷兰物理学家昂萨格发现，但是直到1957年才由三位美国物理学家巴丁、库珀和斯里弗用量子力学理论做出正确的解释。这一理论用他们三人姓的第一个字母，称之为BCS理论。然而在1986年出现高温超导以后，用BCS理论无法解释高温超导体的各种性质，因此物理学家还需要进一步努力探索，才能全面解决超导理论。

总之，纳米材料的应用范围没有限制，会引起各行各业革命性转变。正因为如此，各国政府都在高度关注和积极从事这方面的研究和开发。

1954年4月初，第一台微波激射器诞生了，这是美国物理学家汤斯发明的。微波激射器成功之后，汤斯又决定制作可见光激射器——激光。1960年美国物理学家迈曼制作出第一个可以使用的激光器，这种激光器直到今天还在广泛使用。

1940年，苏联物理学家卡皮查发现了超流现象。

量子计算机

“普利西娜小姐”

量子力学理论导致了许多伟大的发明，包括激光、晶体管、集成电路，几乎整个电子领域都少不了它。如果量子力学理论忽然失灵了，那么现代化的仪器设备将无法运作，整个世界将陷入瘫痪。量子力学的方程式可以帮助工程师设计微小的开关，以决定电流的流向，进而控制电脑、数码相机以及电话。现今所有的信息产业设备都以量子力学为基础，它们为什么能够正常运作？因为量子力学是正确的，虽然量子是捉摸不定的。如果没有量子力学，我们就会回到19世纪，回到蒸汽机和电报的时代。

纳米是一个长度单位。1纳米是百万分之一毫米，即1毫微米，或10-9米。1纳米约有45个原子串起来那么长。形象一点说，把1纳米长的物体放在足球上，就好比把一个足球放在地球上一样。所以我们用肉眼看不见几纳米长的物质。

研究表明，适宜的纳米材料（如碳原子构成的小管子）可以制造出防护性能更好的装甲、更轻的武器和不被雷达发现的涂料。还有，“智能灰尘”“武装苍蝇”的研究，已经不是秘密，这些新型武器能使敌对方防不胜防。一旦把智能灰尘撒到敌方，其传感器就能神不知鬼不觉地执行侦察任务。

激光是“由辐射的受激发射引致的光放大”的缩写，它是一种民用和军事应用非常广泛的技术。但是它的应用却经历了一个由理论到实践的漫长过程。1906年，爱因斯坦利用波耳氢原子理论预言光子的受激发射，可以导致一种链式反应的方式放大光束，但是从理论到应用几乎经历了近60年时间。

美籍华裔物理学家朱棣文和法国的克劳德·科昂-唐努日以及美国的威廉·菲利普斯三人利用激光冷却和捕陷方法，可以让原子冷却不动而被囚。他们三人也因此共享1997年度的诺贝尔物理学奖。

超导和超流

既然量子位元十分擅长多工处理，如果可以做到让量子位元协同计算的话，电脑的运算速度将会有指数级增长。举个例子说明一下量子计算机的强大之处，想象你被困在了一个篱笆迷宫里，你想要尽快找到出口。问题是，可以走的路太多了，而你却只能一次试一条路，这就意味着要走很多死胡同，碰好多次墙，转错好多个弯，直到你终于幸运地找到了出口。这就是现今所有电脑解决问题的方式，虽然它们的运算速度的确很快，但一次只能执行一个任务，就像你一次只能走迷宫中的一条路一样。而如果你可以同时尝试所有路径，那么情况就不同了。简单来说，量子计算机就是这么运作的，因为粒子可以同时处于多个位置，电脑就可以同时分析处理大量的路线与解法，并在短时间内找到答案。

就如电子自旋可以是顺时针与逆时针的混合体，量子位元也是一种混合体，能既是0又是1，所以量子位元可以“多功处理”，即同时进行多项处理，这样就能够以超乎人类大脑所想象的方式进行计算。理论上，量子位元可以由任何一种以量子形式存在的物质组成，比如电子或原子。量子计算机的核心部分是小型的超导线圈，由纳米科技打造，可以同时双向运作。

文章来源：《现代科学仪器》 网址: http://www.xdkxyq.cn/zonghexinwen/2022/0518/692.html