如果把世界比作一座巨大的积木城堡，那么量子就是搭建这座城堡的“最小积木”。我们肉眼能看到的一切物质，无论是桌椅板凳还是日月星辰，都是由分子、原子构成的，而原子内部的电子、原子核里的质子和中子，都是量子世界的“居民”。量子的行为常常让人觉得“反常识”，比如在宏观世界里，一个物体要么在这里，要么在那里，但量子却可以同时出现在多个地方，就像神话里的“分身术”；宏观世界的物体有确定的状态，比如杯子要么是满的要么是空的，而量子却能处于“既满又空”的叠加状态，直到被观测时才会“固定”下来。这种奇特的特性，就是量子力学里著名的“叠加态原理”  ，最早由薛定谔在其1926年发表的论文《Quantisierung als Eigenwertproblem》中进行阐述[1] ，为量子力学的发展奠定了基础 。举个生活中的例子：当我们掷硬币时，硬币落地前虽然不知道是正面还是反面，但它终究只会是其中一种状态；而在量子世界里，“量子硬币”能同时处于“正面朝上”和“反面朝上”两种状态，只有当我们“偷看”它一眼时，它才会随机选择一种状态呈现。

        在量子世界里，最令人着迷的现象莫过于“量子纠缠”。当两个量子发生纠缠后，无论它们相距多远，哪怕一个在地球，一个在月球，只要改变其中一个量子的状态，另一个会瞬间做出反应，就像有“心灵感应”一样。这种现象曾让爱因斯坦也感到困惑，他称之为“幽灵般的超距作用”。但如今，科学家们不仅证实了量子纠缠的存在，还学会了利用它来传递信息。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出了EPR佯谬[2]，从侧面引发了人们对量子纠缠现象的深入思考 。2016年，我国发射的“墨子号”量子科学实验卫星，就通过量子纠缠实现了1200公里距离的星地量子通信 ，相关成果发表于国际权威学术期刊，这一成果让我国在量子通信领域走在了世界前列 。为什么量子纠缠能用于通信？打个比方：如果把传统通信信号比作“明信片”，内容可能被中途拦截偷看；而量子纠缠传递的信息就像“被魔法保护的信件”，一旦有人试图拦截，量子的状态就会立刻改变，接收方会瞬间察觉，从而保证信息的绝对安全。

        作为全国量子科技研究的核心阵地，安徽在量子领域的成果备受瞩目。合肥综合性国家科学中心拥有多个国家级量子实验室，聚集了潘建伟院士等一批顶尖科学家，在这里诞生了多项“世界第一”：世界首条千公里级量子保密通信干线“京沪干线”，其中安徽段率先实现商用，让合肥成为全国首个量子通信规模化应用的城市 ；全球首台超越早期经典计算机的光量子计算机“九章”，在特定任务上的计算速度比目前最快的超级计算机快百亿倍 ，其相关研究成果在国际学术界引起广泛关注 ；量子导航定位系统精度达到厘米级，能在没有卫星信号的地下、深海等环境中精准定位，为矿山开采、深海探测提供关键技术支持 。这些成果不仅停留在论文里，更在悄悄改变我们的生活。比如在合肥，部分银行已经采用量子加密技术保护客户信息，即使是最先进的黑客也无法破解；电力系统通过量子通信实现了电网调度指令的绝对安全，避免了恶意攻击导致的停电事故。

        未来，量子科技还将在更多方面改变我们的生活。在通信方面，我们的手机通话、网上支付都将通过量子通信传输，由于量子不可克隆、不可分割的特性，任何窃听行为都会被发现，从此不用担心个人信息泄露、银行卡被盗刷，安徽正在建设的“量子城域网”计划，将让合肥市民率先体验到量子级别的网络安全。在计算领域，传统计算机需要数万年才能破解的密码，量子计算机几秒钟就能搞定；气象预报可以精确到每个街道的降雨时间；新药研发能在几天内完成原本需要十年的分子模拟——这些都不是科幻，目前合肥的量子计算实验室已经开始为药企、气象部门提供算力服务，加速产业升级 。在导航方面，当我们在地下车库、深山老林里失去卫星信号时，量子导航能立刻接手，误差不超过1厘米，这对自动驾驶、无人机配送、地质勘探来说至关重要，安徽的科研团队已经在黄山景区完成了量子导航实地测试，未来将逐步推广到全国 。

        在合肥科学岛的量子实验室里，有一群平均年龄不到35岁的科学家，他们每天与零下270℃的量子制冷机为伴，在漆黑的实验室里捕捉量子的“身影”。为了调试一台量子设备，他们常常连续工作48小时；为了验证一个理论，可能要重复上千次实验。潘建伟院士曾说：“量子科技就像一束光，照亮了人类探索微观世界的道路。”正是这样的坚持，让我国在量子领域从“跟跑者”变成了“领跑者”。2024年，合肥量子科学园建成投用，这里将成为全球最大的量子科技产业聚集地，吸引来自世界各地的科学家共同探索量子的奥秘。

合肥综合性国家科学中心科技传播中心

参考文献：

1.Einstein A, Podolsky B, Rosen N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?[J]. Physical Review, 1935, 47(10): 777-780. 

2.SchrödingerE.Quantisierung als Eigenwertproblem[J]. Annalen der Physik, 1926, 384(4): 361-376.

来源: 数字化科普小课堂