摘要：对于科学爱好者来说，“量子”一词并不陌生，即使你对科学没有特别的兴趣，也可能在日常生活中听说过这个词。“量子”的概念已深入到我们生活的各个角落，成为高科技领域的标志，甚至成为了人们茶余饭后的话题。
对于科学爱好者来说，“量子”一词并不陌生，即使你对科学没有特别的兴趣，也可能在日常生活中听说过这个词。“量子”的概念已深入到我们生活的各个角落，成为高科技领域的标志，甚至成为了人们茶余饭后的话题。
但“量子”究竟是什么呢？它是不是像听起来那样，是一种非常微小的粒子？要想准确地回答这个问题，可能需要一些物理学的基础知识，否则很容易对“量子”产生错误的理解。
从字面上来解读，量子似乎与分子、原子、质子、中子、电子等微观粒子是一样的，但实际上并非如此，量子并非一种具体的微观粒子！
那么量子的真正含义是什么呢？简单来说，量子代表了一种物理概念，而不是指某样具体的东西。在物理学中，量子被定义为一些物理量所具有的最基础、不可再分的单位。如果一个物理量存在这样的单位，那我们就说这个物理量是量子化的，而那个不可再分的最小单位则被称为“量子”。
举一个宏观世界的例子来帮助大家理解量子的概念：假设整个人类是一项物理量，那么每个个体就是不可再分的最小单位，我们每个人都是“量子”，因为一个人无法被再分割，再分割就不是人了。同样，我们常用的现金也是一个例子，如果现金是物理量，那么一分钱就是不可再分的单位，也是量子，因为一分钱无法被再分割，半分钱是没有意义的。
通过这样的通俗解释，相信大家对量子的概念有了更进一步的理解。然而，实际情况要复杂得多，量子的定义相对容易理解，但与其相关的概念却颇具挑战性，因为量子的概念彻底颠覆了我们在宏观世界中的认知。
在我们所生活的宏观世界中，我们所观察到的任何变化都是逐渐进行的。例如，一辆汽车从你身边驶过，汽车与你之间的距离是逐渐变化的；一棵小树苗长成大树也是一个连续的过程，不可能一跃而成。
但在微观世界（量子领域）里，一切显得如此奇特，正是因为量子的概念，使得量子世界呈现出不连续、离散且跳跃式的变化。以电子跃迁为例，电子在原子核外的出现是随机的，但这种随机也是受限制的，电子只能在特定轨道间跳跃，从一个轨道直接“跃迁”到另一个轨道，而不能在轨道之间存在。也就是说，电子从一个轨道直接“瞬移”到另一个轨道，中间没有速度可言。
如果这种在宏观世界中发生，将会非常奇怪。比如你在看电视，你妈妈在厨房，她突然毫无移动迹象地出现在你面前，你一定会被吓到。
我们常说的光子实际上是“光量子”的简称，因为光也是可以量子化的物理量，光子就是光的最小单位。光在传播过程中也是一份一份的，这表明能量也是离散的，非连续的。
量子的基本特性如下：
第一，量子叠加。在宏观世界里，任何物体在同一时间只能处于一种状态，比如你正在玩电脑，你只能坐在电脑前，而不可能同时出现在其他地方。但在量子世界里，一个量子可以同时处于多种状态，出现在不同的地方。一旦我们试图观察量子到底处于何种状态，它就会立即坍缩到某一状态，从不确定变为确定。
这就像在宏观世界中，你既可以在家看电视，也可以在学校上课，还可以在网吧玩游戏。只有通过观察，我们才能确定你的状态！
量子的这一特性非常奇特，以至于爱因斯坦曾反驳波尔说：“不看月亮，它就不存在吗？”在宏观世界中，这种情况几乎不可能发生（尽管从理论上讲，这种可能性微乎其微，可以忽略不计），但在微观世界中，这种现象却是普遍存在的。
第二，量子纠缠。几个量子相互作用后，就会形成一个不可分割的整体，处于纠缠态，不能单独描述其中一个量子的特性。无论量子间相距多远，整体状态不会改变。当一个量子的状态改变，其他量子的状态也会立即发生相应变化，以保持量子整体的不变性。量子之间似乎具有“心灵感应”，能立即感知到彼此的变化。
例如，即使两个纠缠的量子被置于宇宙的两端，只要其中一个量子的自旋方向改变，另一个量子的自旋方向也会立即发生变化。一旦对其中一个量子进行观测，量子的状态会立即确定，同时纠缠关系消失，两个量子不再相互关联。
量子纠缠在量子密钥分发领域有重要应用，极大增强了信息安全性。一旦信息被窃听（即被观测），量子纠缠就会立即消失，信息的发送者就能立刻得知有人试图窃取信息，理论上这种信息分发的安全系数可以是百分之百。
第三，量子隧穿。在宏观世界中，比如一个人面对一堵10米高的墙，通常无法徒手翻越，这是因为“能量势垒”超出了人的能力。但在微观世界中，量子（以及其他微观粒子）有一定的概率突破自己的“能量势垒”，直接“翻越过去”。这种概率虽然不大，但因微观粒子数量庞大，突破能量势垒的微观粒子数量也是可观的。
太阳内部的核聚变过程就是一个例子。1500万度的温度本不足以引发核聚变，但量子隧穿效应使得一些微观粒子能够突破低温约束，发生核聚变。量子隧穿效应已经应用于许多我们日常生活中使用的产品中，如半导体、扫描隧道显微镜等。
随着科学家对量子力学的深入研究，未来将有更多基于量子技术的产品进入我们的生活，并可能引发新一轮的技术革命。
来源：宇宙探索