羅海源

蘭州市第二十七中學 甘肅蘭州 730000

量子學作為一個新興概念，在日常生活中的應用廣泛。但是量子學作為一門復雜的物理學分支，其對普通百姓而言還是較為晦澀難懂的。實際上，量子學在我們的周圍非常常見，只是因為其通常作為事物內部的原理而被忽略。由于量子學在我們的生活中十分常見，因此我們有必要對其進行介紹和推廣，拓展大眾視野，提升大眾的總體素質水平，進而提高整個社會的文化水準。量子力學在現(xiàn)代科技中最具代表性的還是在信息傳遞方面的應用，本文也主要從這一方面對其進行了介紹。

1 量子學的介紹

要想理解量子學就必須從其發(fā)展說起。量子學的建立源于科學家對于微觀世界的深入了解。我們現(xiàn)在已經(jīng)知道物質的組成是到原子和中子層面，但是在這一層面上物質如何進行運動的我們以前并不清楚。后來經(jīng)過幾代科學家的探索，我們得知微觀世界的原子等元素層面的物質運動可以用量子學來解釋[1]。例如說：原子的運動。與宏觀世界物質運動的連續(xù)性不同，原子的運動并不是連續(xù)的。也就是說，原子的運動是從一個能量級到另一個能量級的運動。這種運動方式也需要外來的能量作用來推動，與宏觀世界的車子等運動方式不同，原子的運動需要特定大小的能量來驅動，超過或少于這大小的能量都不能夠使原子的運動狀態(tài)改變，而宏觀世界的物質驅動只需要超過特定的能量值就可以。但是量子學并不是與宏觀世界相脫節(jié)的。雖然量子存在于微觀世界，但是宏觀世界的所有物質都是由微觀世界的物質所組成的，也就是說，量子組成了我們生活的宏觀世界。那么，量子的階梯式運動方式又是怎樣與宏觀世界物質的傳送帶方式整合到一體的呢？首先，我們都知道正負電荷的存在，當相等數(shù)量的正電荷和負電荷同時存在時，整體的電荷就會相抵消，最終物質呈現(xiàn)零電荷。在量子學中也是，量子學中所有的微觀粒子在運動時均具有自己的特點，單獨分析一個微觀粒子的運動時，其運動是可描述的。但是當成千上萬個微觀粒子在統(tǒng)一的空間內進行運動時，各個方向的物質運動都有。我們可以這樣考慮，某個粒子的運動方向，總會有另外一個粒子與它的運動方向相反，從而使這兩個粒子的運動方向相抵消，同理也可以解釋其它粒子的運動方向。在這樣一個確定的空間內，所有粒子的運動就都被抵消了，所以物質的運動具有統(tǒng)一性，能夠實現(xiàn)宏觀世界的物質運動規(guī)律，即我們眼中所看到的運動方向。量子學的微觀粒子運動有其自己的特性，不是人類的普通外力可以輕易改變的，同樣，一旦人為因素作用于這一粒子，使其微觀粒子的運動發(fā)生改變，那么其產生的能量也是巨大的，這也是現(xiàn)代新能源研發(fā)的重點。

2 量子學在科技信息中的應用

2.1 量子學在計算機中的應用

隨著科技的進步，電子學元件的性能需求已經(jīng)超過了現(xiàn)有物質材料的承載能力。例如計算機芯片，有研究顯示，計算機組成的核心——芯片的數(shù)目和性能每半年到一年就能夠進步一到兩倍，但是隨著芯片等元件的體積和空間分布越來越小，元器件的可縮小范圍也越來越受限。因此研究人員必須要從新的角度尋求突破，而量子學就能夠很好地解決這個問題。量子作為現(xiàn)代最認可的物理量存在的最小單位，其能夠進一步地壓縮元件的體積，同時提升元件的承載能力。量子學理論在計算機中的應用，能夠使研究人員建立一種比超級計算機的運算和儲存容量還要大的量子計算機。這種計算機不僅能夠極大地縮小計算機的體積，提升計算機的性能，還能夠實現(xiàn)超級計算機便攜可帶的目標[2]。

2.2 量子學在通信中的應用

量子學在通信中的應用可以簡稱為量子通信。現(xiàn)代網(wǎng)絡已經(jīng)很發(fā)達，網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳遞速度也在呈幾何倍數(shù)的增加，但是現(xiàn)有傳輸材料的限制使得網(wǎng)絡傳輸?shù)乃俣群茈y有極大空間的提升。在這一方面要想有進一步的提高，就需要建立起量子通信網(wǎng)絡。量子通信網(wǎng)絡的具體建設還在研究當中，目前較為認可的可行理論是量子糾纏學說，即通過量子之間的能量或運動層級之間的關系來實現(xiàn)信息的傳遞。這與量子計算機是相對應的。量子通信與量子計算機的協(xié)同配合能夠實現(xiàn)信息網(wǎng)絡傳遞速度的極大提升，使人們在家用計算機上就能夠實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的傳輸和即時應用，能夠提高人們日常的工作效率。

2.3 量子學在保密通信中的應用

由于量子作為一種微觀粒子的能量形態(tài)具有階梯式的能量層級，因此與傳統(tǒng)的通信保密協(xié)議相比，其在密鑰的建設中具有更大的加工空間以及更好的安全性。量子保密能夠實現(xiàn)在公開網(wǎng)絡中信息或者數(shù)據(jù)的加密傳輸，即在真正意義上地實現(xiàn)用戶的信息安全。用戶的信息安全是當今社會關注的一個熱點問題，而量子密碼在用戶網(wǎng)絡被侵入時，可通過極簡單的校驗步驟得知侵入的位置及對侵入者進行定位，從而對侵入的位置進行反饋，得到信息安全的保障。這種量子密碼能夠真正地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無條件安全。目前科學家在這一領域已經(jīng)具有了一定的研究成果，但是要想實現(xiàn)量子密碼的普及仍有很多的工作要做[3]。

3 結語

量子學在現(xiàn)代社會中具有非常廣泛的應用，尤其是在科技通信中擁有具有代表性的應用，例如量子計算機、量子通信、量子密碼技術等，雖然這些量子學應用技術現(xiàn)已有一定的成果，但是距離量子學相關技術的普及還有很長的路要走。另外，量子學在航空航天等其它領域也具有非常廣泛的應用，因此我們有理由相信量子學在未來會有更大的發(fā)展空間。