通往微观世界的一扇窗——量子力学

　　经过多年攻关，中国科技大学潘建伟团队在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态，为发展可扩展的量子计算和量子网络技术奠定了基础。国际学术期刊《物理评论快报》发表了这一成果，并称其是“量子通信领域的一个里程碑”。

　　中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍，量子隐形传态，是一种全新的通信方式，类似于科幻电影中的星际穿越。它能借助量子纠缠这一特性，将未知的量子态传输到遥远地点，而不用传送物质本身，是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

　　量子力学和相对论不仅是物理学的突破，也是人类思想的巨大飞跃，它们使人类的宇宙观和自然观发生了深刻的变化，堪称20世纪最伟大的科学革命。由于量子力学在科技的发展史上具有极其重要的地位，因而成为事业单位考试中经常涉及的考点。接下来，小编就给大家具体介绍一下量子、量子力学、量子通信等相关概念和理论。

　　考点1：量子

　　量子是现代物理的重要概念。最早是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。量子英文名称量子一词来自拉丁语quantus，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”。在物理学中常用到量子的概念，指一个不可分割的基本个体。通俗地说，量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。

　　自从普朗克提出量子这一概念以来，经爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森伯、薛定谔、狄拉克、玻恩等人的完善，在20世纪的前半期，初步建立了完整的量子力学理论。绝大多数物理学家将量子力学视为理解和描述自然的基本理论。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。

　　考点2：量子力学

　　量子力学为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。许多物理学理论和科学如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的学科都是以量子力学为基础所进行的。量子力学不仅是现代物理学的基础理论之一，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。

　　考点3：量子通信

　　一、概念

　　量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。

　　二、分类

　　根据应用途径，量子通信可分为：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。按其所传输的信息内容分为是经典通信和量子通信而分为两类。前者主要传输量子密钥，后者则可用于量子隐形传态和量子纠缠的分发。

　　三、特点

　　量子通信具有很多特点，其中与传统的通信方式相较，量子通信最大的优势就是绝对安全和高效率性，首先传统通信方式在安全性方面就有很多缺陷，量子通信会将信息进行加密传输，在这个过程中密钥不是一定的，充满随机性，即使被相关人员截获，也不容易获取真实信息，另外量子通信还有较强的抗干扰能力、很好的隐蔽性能、较低的噪音比需要以及广泛应用的可能性。

　　量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性，不但在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景，而且逐渐走进人们的日常生活。

　　四、量子通信卫星

　　量子通信卫星就是通过卫星，连接地面光纤量子通信网络，形成天地一体化的量子通信网络，是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。它具有保密性超强(目前理论上不能破解)、量子传态等特点，是世界通信发展的方向。

　　2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

　　首颗量子通信卫星以我国古代科学家墨子的名字来命名。墨子最早提出过光线沿直线传播的观点，进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。

　　墨子最早通过小孔成像实验发现了光是直线传播的，第一次对光直线传播进行了科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理，为量子通信的发展打下了一定的基础。墨子还提出了某种意义上的粒子论。光量子学实验卫星以中国科学家先贤墨子来命名，体现了中国的文化自信。

　　试题练习：

　　1. ( )的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。

　　A. 量子力学B. 相对论

　　C. 电磁理论D. 原子核物理学

　　【答案】A

　　【解析】量子力学在低速、微观的现象范围内具有普遍适用的意义。量子力学的产生和发展标志着人类认识自然实现了从宏观世界向微观世界的重大飞跃。本题选择A项。

　　2. 现代物理学的两大基本支柱为相对论和( )

　　A. 经典力学B. 量子理论

　　C. 光学理论D. 天体物理学

　　【答案】B

　　【解析】量子力学与相对论一起构成现代物理学的理论基础，是现代物理学的两大基本支柱。许多物理学理论以及其它相关的学科都是以量子力学为基础进行的。本题选择B项。

　　3.( )是研究微观粒子运动规律的物理学分支科学。

　　A. 热力学B. 电磁理论学

　　C. 量子力学D. 相对论学

　　【答案】C

　　【解析】量子力学是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。本题选择C项。

　　4. 随着( )发射任务的圆满成功，人类将首次完成卫星和地面之间的量子通信。

　　A. 脉冲星试验卫星B. 神州十一号载人飞船

　　C. “墨子号”实验卫星D. 天宫二号空间实验室

　　【答案】C

　　【解析】2016年8月16日，由我国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射，在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。

　　5. 2016年8月16日，我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，这标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。这颗卫星被命名为莫子号是因为( )

　　A. 墨子阐述了谦爱的思想

　　B. 墨子阐述了非攻的思想

　　C. 墨子提出了日心说

　　D. 墨子发现了光线沿直线传播

　　【解析】D

　　【答案】墨子最早提出光线沿直线传播的观点，进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。本题选择D项。

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