盘点那些靠“诡异的”量子力学诞生的现代尖端(2)

例如，在超导状态时的液体可以反抗重力往上流动，因此可以从容器内部沿器壁内部爬到顶端越过器壁到容器外边，这被称为“爬壁”现象。与“爬壁”类似的是氦还有“喷泉”效应，即在氦中插入一根细玻璃管，氦在管内液面会比外面高，当玻璃管足够细时，氦可以由细管里喷出，像公园的喷泉一样。1940年，苏联物理学家朗道利用量子力学理论，解释了超流产生的原因。他们两位也因为这一贡献，先后获得诺贝尔物理学奖。

激光技术

利用激光冷却技术可以使得原子或者其他将要研究的粒子在空中飞行的时候“冷冻”住，然后设下激光陷阱把原子或粒子捕捉住，并使它们固定在空间某个地方“囚禁”起来。1990年2月，西雅图华盛顿大学的德默尔特成功地捕捉到一个正电子，并将它完好地保存达3个月之久。他把这个囚禁起来的正电子称为“普利西娜小姐”。这是前所未有的巨大技术成就，因为我们知道正、反粒子相遇，会立即发生湮灭，化为一缕青烟转变成光子，消失得无影无踪。

量子力学里有一个被实验证实的“隧道效应”，即粒子可以穿过经典物理看来不可逾越的势垒，到达势垒外面。隧道效应最惊人的技术应用就是扫描隧道显微镜，它的发展同其他许多科学技术突破一样，是天才和勤奋、资本与运气的共同产物。1982年，瑞士的罗雷尔和德国的宾尼希利用扫描隧道显微镜（STM），能够扫描小到原子尺度的一些结构，解决了一个困扰了科学界很长时间的难题——硅表面原子排列方式。后来，IBM研究中心的一个研究小组，利用STM这种移动原子的能力，把原子排列成了“IBM”的字样。

1985年，宾尼希与同事们一起研制了一种新的扫描探测显微镜——原子力显微镜（AFM）。AFM现在已经成了一种表面分析的标准仪器，是STM的重要补充。

量子力学中模糊的不确定性还有很多其他的用武之地。美国麻省理工学院（MIT）的赛斯·罗伊德（Seth Lloyd）就是众多想要开发量子力学新用途的科学家之一，他说，“量子力学十分诡异，但它就是这样。生活给我们的是个怪现象，我们是否可以研究出怪用途呢？”罗伊德所谓的怪用途，是指量子计算机。

纳米技术

科学家正在研制的量子计算机内部是个金铜质装置，这也许和你家的笔记本电脑不太一样，但是它们用的是同一种语言，即“二进位码”。电脑语言是由0与1所组成的，称为“位元”（bit），也就是说最小的信息单位是位元。电脑所做的事情就是把信息打碎成最小的位元单位，然后再进行快速计算。量子计算机也是以位元为单位来处理数据的，但是与传统的位元不同，传统的位元只能是0或1，量子位元则更有弹性。物体的位置能表示为一个位元，而如果可以做到同时处于不同位置的话，我们就得到了一个量子位元（quantum bit）。

当物质尺寸小到纳米级时，会出现许多人们意料不到的奇异特性，很多在宏观和微观的物理规律不再适用。例如，电学里的欧姆定律就不适用于纳米材料；过去常常用来描述原子集体行为的概念也不再适用。这类奇异的特性还很多。到纳米级时，物质的光学性质（超微颗粒都呈黑色）、热学性质（熔点降低）、磁学性质（矫顽力增加）以及力学性质（韧性增加）等等都与宏观状态的不同，千奇百怪，让人眼花缭乱。还有量子力学中的尺寸效应和隧道效应，也都改变着纳米材料的性质，为实际技术应用带来了广泛的可能性。纳米狂飙将横扫传统经济的各个行业，让它们爆发出巨大的能量。

传统电脑的运算速度已经够快，但是想象一下拥有千万上亿种可能性的问题，比如预报天气、地震、飓风等等的自然灾害，目前想做到这一点几乎是不可能的，因为这会极大地增加电脑的体积。而一台量子计算机可以只动用数百个原子就能解决问题，所以量子计算机的核心将会比一粒沙子还要小。

量子隧道效应和种种技术上的利用

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