量子論提供了新的關(guān)于自然界的觀察、思考和表述方法。

量子論揭示了微觀物質(zhì)世界的基本規(guī)律，為原子物理學(xué)、固體物理學(xué)、核物理學(xué)、粒子物理學(xué)以及現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。

它能很好地解釋原子結(jié)構(gòu)、原子光譜的規(guī)律性、化學(xué)元素的性質(zhì)、光的吸收與輻射，粒子的無(wú)限可分和信息攜帶等。尤其它的開(kāi)放性和不確定性，啟發(fā)人類(lèi)更多的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造。

我們可以毫不夸張地說(shuō)：量子論的創(chuàng)建過(guò)程是一部史詩(shī)級(jí)的壯麗篇章。

1900年12月14日，普朗克為了克服經(jīng)典理論解釋黑體輻射規(guī)律的困難，首次引入了能量子概念，為量子理論奠定了基石。

普朗克，全名：馬克斯·卡爾·恩斯特·路德維?！て绽士耍ǖ挛模篗ax Karl Ernst Ludwig Planck，1858年4月23日—1947年10月4日，享年89歲），出生于德國(guó)荷爾施泰因，德國(guó)著名物理學(xué)家、量子力學(xué)的重要?jiǎng)?chuàng)始人之一。

普朗克和愛(ài)因斯坦并稱(chēng)為二十世紀(jì)最重要的兩大物理學(xué)家。他因發(fā)現(xiàn)能量量子化而對(duì)物理學(xué)的又一次飛躍做出了重要貢獻(xiàn)，并在1918年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

隨后，愛(ài)因斯坦針對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)典理論的矛盾，提出了光量子假說(shuō)，并在固體比熱問(wèn)題上成功地運(yùn)用了能量子概念，為量子理論的發(fā)展打開(kāi)了局面。

1913年，玻爾在盧瑟福有核模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用量子化概念，提出玻爾的原子理論，對(duì)氫光譜作出了滿(mǎn)意的解釋?zhuān)沽孔诱撊〉昧顺醪絼倮ｋS后，玻爾、索末菲和其他物理學(xué)家為發(fā)展量子理論花了很大力氣，卻遇到了嚴(yán)重困難，舊量子論陷入困境。

1923年，德布羅意提出了物質(zhì)波假說(shuō)，將波粒二象性運(yùn)用于電子之類(lèi)的粒子束，把量子論發(fā)展到一個(gè)新的高度。

1925年~1926年薛定諤率先沿著物質(zhì)波概念成功地確立了電子的波動(dòng)方程，為量子理論找到了一個(gè)基本公式，并由此創(chuàng)建了波動(dòng)力學(xué)。

幾乎與薛定諤同時(shí)，海森伯寫(xiě)出了以“關(guān)于運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)關(guān)系的量子論的重新解釋”為題的論文，創(chuàng)立了解決量子波動(dòng)理論的矩陣方法。

1925年9月，玻恩與另一位物理學(xué)家約丹合作，將海森伯的思想發(fā)展成為系統(tǒng)的矩陣力學(xué)理論。不久，狄拉克改進(jìn)了矩陣力學(xué)的數(shù)學(xué)形式，使其成為一個(gè)概念完整、邏輯自洽的理論體系。

1926年薛定諤發(fā)現(xiàn)波動(dòng)力學(xué)和矩陣力學(xué)從數(shù)學(xué)上是完全等價(jià)的，由此統(tǒng)稱(chēng)為量子力學(xué)，而薛定諤的波動(dòng)方程由于比海森伯的矩陣更易理解，成為量子力學(xué)的基本方程。

1928年狄拉克將相對(duì)論運(yùn)用于量子力學(xué)，又經(jīng)海森堡、泡利等人的發(fā)展，形成了量子電動(dòng)力學(xué)，量子電動(dòng)力學(xué)研究的是電磁場(chǎng)與帶電粒子的相互作用。

1947年，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了蘭姆移位。

1948~1949年，里查德·費(fèi)因曼、施溫格和朝永振一郎用重正化概念發(fā)展了量子電動(dòng)力學(xué)，從而獲得1965年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

…...

量子假說(shuō)與物理學(xué)界幾百年來(lái)信奉的“自然界無(wú)跳躍”直接矛盾，因此量子理論出現(xiàn)后，許多物理學(xué)家不予接受。

普朗克本人也十分動(dòng)搖，后悔當(dāng)初的大膽舉動(dòng)，甚至放棄了量子論，繼續(xù)用能量的連續(xù)變化來(lái)解決輻射的問(wèn)題。

但是，歷史已經(jīng)將量子論推上了物理學(xué)新紀(jì)元的開(kāi)路先鋒的位置，量子論的發(fā)展已是銳不可當(dāng)。

盡管人們對(duì)量子論的含義還不太清楚，但它在實(shí)踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。

就當(dāng)前來(lái)看，關(guān)于量子最熱乎的話(huà)題無(wú)非是量子通訊。

量子通訊技術(shù)示意圖 | 來(lái)源：百度圖片

量子通信是指運(yùn)用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，是最近三十年發(fā)展起來(lái)的新型交叉學(xué)科，是量子論和信息論相結(jié)合的新的研究領(lǐng)域。

量子通信由于其高效安全的信息傳輸已受到人們的廣泛關(guān)注，并因此成為國(guó)際上量子物理和信息科學(xué)的研究熱點(diǎn)。

近來(lái)這門(mén)學(xué)科已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn)，并向?qū)嵱没l(fā)展。

利用量子論實(shí)現(xiàn)光量子通信的過(guò)程如下：首先先構(gòu)建一對(duì)相互糾纏的粒子，將這兩個(gè)粒子分別放在通信的地點(diǎn)，然后將具有未知量子態(tài)的粒子與發(fā)送方的粒子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量（一種操作），那么接收方的粒子瞬間將會(huì)發(fā)生坍塌（變化） ，坍塌（變化 為某種狀態(tài)，但是這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的粒子坍塌（變化）后的狀態(tài)是對(duì)稱(chēng)的，然后將聯(lián)合測(cè)量的信息通過(guò)經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對(duì)坍塌的粒子進(jìn)行幺正變換（相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換），即可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。

量子通信就是運(yùn)用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方式，通俗而言，就是兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的陌生人能不約而同地去想做同一件事，好像有一根無(wú)形的線(xiàn)牽著他們，這種神奇現(xiàn)象被人們稱(chēng)為“心靈感應(yīng)”。

量子隱形傳態(tài)不僅對(duì)物理學(xué)領(lǐng)域人們認(rèn)識(shí)與揭示自然界的神秘規(guī)律有重要意義，而且用量子態(tài)作為信息載體，通過(guò)量子態(tài)的傳送可以完成超快的大容量信息的傳輸。

由于量子通信對(duì)國(guó)家信息和國(guó)防安全有著戰(zhàn)略性的重要性，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、歐盟、日本等都在大力發(fā)展，它有可能會(huì)使得未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局發(fā)生改變，尤其在軍事應(yīng)用方面量子通信有著無(wú)與倫比的廣闊前景。

各種偵察預(yù)警系統(tǒng)、各類(lèi)作戰(zhàn)指揮控制體系和主要作戰(zhàn)平臺(tái)之間，以及量子微空間武器系統(tǒng)之中構(gòu)建出量子隱形通信系統(tǒng)，建立量子信息化的通信網(wǎng)絡(luò)。

量子通信將以其信道容量極大、通信速率超高等特性，在未來(lái)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中有著至關(guān)重要的作用。

也正因?yàn)槿绱?，美?guó)國(guó)防部已將“量子信息與控制技術(shù)”列為未來(lái)重點(diǎn)關(guān)注的六大顛覆性研究領(lǐng)域之一。

中國(guó)在量子通信這場(chǎng)國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)中屬于后來(lái)者，但是起點(diǎn)高，進(jìn)展快，在應(yīng)用領(lǐng)域的多個(gè)方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，特別在城域量子通信關(guān)鍵技術(shù)方面，甚至達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。

總的來(lái)說(shuō)，量子理論提供了精確一致地解決關(guān)于原子、激光、X射線(xiàn)、超導(dǎo)性以及其他無(wú)數(shù)事情的能力，幾乎完全使古老的經(jīng)典物理理論失去了光彩。

但我們?nèi)耘f在日常的地面運(yùn)動(dòng)甚至空間運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用牛頓力學(xué)，在這個(gè)古老而熟悉的觀點(diǎn)和這個(gè)新的革命性的觀點(diǎn)之間一直存在著沖突。

宏觀世界的定律保持著頑固的可驗(yàn)證性，而微觀世界的定律具有隨機(jī)性。

我們對(duì)拋射物和彗星的動(dòng)態(tài)描述具有明顯的視覺(jué)特征，而對(duì)原子的描述不具有這種特征，桌子、凳子、房屋這樣的世界似乎一直處于我們的觀察之中，而電子和原子的實(shí)際的或物理性狀態(tài)沒(méi)有緩解這一矛盾。

如果說(shuō)這些解釋起了些作用的話(huà)，那就是他們加大了這兩個(gè)世界之間的差距。

對(duì)大多數(shù)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這一矛盾解決與否并無(wú)大礙，他們僅僅關(guān)心他們自己的工作，過(guò)分忽視了哲學(xué)上的爭(zhēng)議和存在的沖突。

畢竟，物理工作是精確地預(yù)測(cè)自然現(xiàn)象并使我們控制這些現(xiàn)象，哲學(xué)是不相關(guān)的東西。

廣義相對(duì)論在大尺度空間、量子理論在微觀世界中各自取得了輝煌的成功。

基本粒子遵循量子論的法則，而宇宙學(xué)遵循廣義相對(duì)論的法則，很難想象它們之間會(huì)出現(xiàn)大的分歧。

很多科學(xué)家希望能將這兩者結(jié)合起來(lái)，開(kāi)創(chuàng)一門(mén)將從宏觀到微觀的所有物理學(xué)法則統(tǒng)一在一起的新理論。

但迄今為止所有謀求統(tǒng)一的努力都遭到失敗，原因是這兩門(mén)20世紀(jì)物理學(xué)的重大學(xué)科完全矛盾。

是否能找到一種比現(xiàn)有的這兩種理論都好的新理論，使這兩種理論都變得過(guò)時(shí)，正如它們流行之前的種種理論遇到的情況那樣呢？

量子理論，未來(lái)可期 | 來(lái)源：百度圖片

參考文獻(xiàn)

百度百科——詞條——量子論

吳華,王向斌,潘建偉. 量子通信現(xiàn)狀與展望[J]. 中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2014,44(03):296-311