在漫威電影中，無論是《復(fù)仇者聯(lián)盟4：終局之戰(zhàn)》或是《蟻人》系列電影，都刻畫了一個(gè)神奇的微觀世界：量子領(lǐng)域。可以說，很多普通人第一次接觸“量子”這個(gè)概念，就是從《蟻人》系列漫威電影開始的。

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在《蟻人1》結(jié)尾，蟻人斯科特大戰(zhàn)黃蜂戰(zhàn)士時(shí)說：“我得縮小到比分子還小才能進(jìn)去”，于是斯科特便縮小成亞原子狀態(tài)進(jìn)入反派黃蜂戰(zhàn)士的身體里，搗毀了黃蜂戰(zhàn)士的核心芯片，從而戰(zhàn)勝了黃蜂戰(zhàn)士，但也因此接近失去意識險(xiǎn)些無法回到現(xiàn)實(shí)世界。這就是漫威電影第一次描繪量子世界。觀眾從此也得知：量子領(lǐng)域是一個(gè)比分子、原子還小的世界。

漫威影業(yè)總裁凱文·費(fèi)奇、漢克·皮姆的扮演者邁克爾·道格拉斯等人也曾多次確認(rèn)并強(qiáng)調(diào)：“量子領(lǐng)域?qū)ξ磥淼穆娪熬哂兄匾饔??！痹陔S后的漫威電影《復(fù)仇者聯(lián)盟：終局之戰(zhàn)》中，“量子領(lǐng)域”成為了復(fù)仇者們得以穿越時(shí)間，打敗滅霸拯救世界的關(guān)鍵。

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電影中的量子領(lǐng)域非常的神奇，在那里，時(shí)間和空間都失去了意義。利用量子領(lǐng)域的性質(zhì)，可以穿越時(shí)空，能夠使人返老還童。要進(jìn)入量子領(lǐng)域，就需要一種特殊的“皮姆粒子”。此外電影《蟻人2》里，還涉及到了一個(gè)叫“量子糾纏”的概念。這個(gè)概念與皮姆粒子相似，能讓初代蟻人能夠感應(yīng)到黃蜂女的存在，也能將人和事物縮小又放大，還能像核聚變一樣瞬時(shí)放出巨大的能量。

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那么量子領(lǐng)域究竟是什么樣的？對于“量子領(lǐng)域”“量子糾纏”等晦澀難懂的物理名詞與物理概念，觀眾大多只是感覺不明覺厲，但卻無法理解這些概念，從而更好的和電影劇情邏輯進(jìn)行串聯(lián)，所以也就是“看了個(gè)寂寞”。但是據(jù)說漫威在創(chuàng)作這一系列電影的時(shí)候，專門邀請了物理學(xué)家擔(dān)任顧問，其實(shí)很多概念背后都有著深刻的物理內(nèi)涵。

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接下來，我們將一步步帶你揭秘漫威電影背后真實(shí)存在的量子領(lǐng)域。

真實(shí)的量子世界是怎樣的

漫威電影中，大多數(shù)觀眾會認(rèn)為，斯科特提及到比分子還小，比原子還小，這就是量子。量子世界沒有時(shí)間和空間的概念，所以他會接近失去意識，而黃蜂女的母親也是因?yàn)榭s小成量子級便再也沒有回來。甚至有些觀眾還會糾結(jié)：縮小成這種量子級別的人類，要如何呼吸呢?

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然而這些都是電影中的劇情表現(xiàn)而已，真正的量子世界并不是這樣的。

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我們先要了解一個(gè)概念，什么是量子？量子是一個(gè)物理量，即是最小的不可分割的基本單位，最早是由馬克斯·普朗克在1900年提出，他發(fā)現(xiàn)光的能量必須按照一個(gè)最小的單位均勻地分成份。如何理解最小且不可分割，簡單來說，量子有1個(gè)、2個(gè)，但卻沒有1.5個(gè)。所有物質(zhì)的微觀粒子，都具有這種量子的性質(zhì)。

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在科學(xué)史上，量子力學(xué)是一場革命，它幾乎顛覆了以牛頓力學(xué)為代表的經(jīng)典物理的所有觀念。量子力學(xué)描述了微觀世界的性質(zhì)，簡單說來有六種基本物理特性：量子性、海森堡不確定性原理、量子疊加、量子隨機(jī)性、量子全同性、量子糾纏。

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量子性：量子是物理中各種基本場（如電磁場）的最小單位激發(fā)（“激發(fā)”指得是通過輸入一些能量來擾動(dòng)一個(gè)物理系統(tǒng)，比如投石擊水，使得平靜的湖面水花四濺）。

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海森堡不確定性原理：同時(shí)準(zhǔn)確地獲取位置和速度是不可能的：如果你準(zhǔn)確知道一個(gè)粒子的位置，你就不能準(zhǔn)確知道它的速度，反之亦然。

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量子疊加：在量子世界里，一個(gè)粒子可以同時(shí)處于兩個(gè)不同的地點(diǎn)或具有不同的速度，而“薛定諤的貓”就是很好的例證。

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量子隨機(jī)性：假設(shè)有一個(gè)粒子處于一個(gè)位置的疊加態(tài)（即它同時(shí)處于A點(diǎn)和B 點(diǎn)），現(xiàn)在我們對它的位置進(jìn)行測量，確認(rèn)它到底位于何處。量子力學(xué)告訴我們測量結(jié)果是隨機(jī)的：可能是A也可能是B。

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量子全同性：在量子世界里，相同是絕對的，即稱為全同，這種量子的全同性會體現(xiàn)在統(tǒng)計(jì)概率里。例如兩個(gè)電子/光子相同，你不可能用任何方法把它們區(qū)分開，它們統(tǒng)稱為“全同”。

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量子糾纏：量子世界的超距關(guān)聯(lián)（“超距”指得是不需要花費(fèi)時(shí)間就可以穿越任何空間距離的現(xiàn)象），例如兩個(gè)粒子A和B分別具有速度a和速度b，當(dāng)我們測量出A的速度為a，不管A、B距離多遠(yuǎn)，我們就一定會知道B的速度為b。

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顯然，量子世界的特性與我們能直觀感受到的經(jīng)典物理性質(zhì)大相徑庭，所以受到漫威電影的青睞并不突兀。在漫威規(guī)劃中接下來的幾部電影，如《奇異博士2》等，會涉及多元宇宙，這也跟量子力學(xué)中休·埃弗里特的多重宇宙解釋有著密切的聯(lián)系。

量子科技用來做什么

量子力學(xué)這么神奇，可以用來做什么呢？

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在目前的科技水平下，我們還不能利用量子力學(xué)來穿越時(shí)空，返老還童，但是現(xiàn)代生活中量子物理已經(jīng)比比皆是。舉例來說，沒有對電子的量子本質(zhì)的理解，就不可能制造出半導(dǎo)體芯片，就沒有我們今天的電腦和手機(jī)；不了解光和原子的量子屬性，就不可能制造出激光器，也就沒有今天的光盤、光纖等各種設(shè)備。

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現(xiàn)實(shí)中的量子世界，雖然不是科幻大片中助力穿越時(shí)空改寫歷史或是拯救世界的制勝法門，但卻是能賦能千行百業(yè)的高新科技，如量子信息科學(xué)就是最好的例證。量子信息科學(xué)主要包括三大領(lǐng)域：量子計(jì)算、量子通信、以及量子精密測量。

?其中，量子計(jì)算以量子比特為基本單元，通過量子態(tài)的受控演化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲計(jì)算，具有經(jīng)典計(jì)算無法比擬的巨大信息攜帶和超強(qiáng)并行處理能力。在應(yīng)用場景上，不僅可以加速金融領(lǐng)域投資組合優(yōu)化、資本市場風(fēng)險(xiǎn)分析等問題的優(yōu)算，還能賦能生物制藥領(lǐng)域生物分子的藥物設(shè)計(jì)、蛋白質(zhì)折疊等的優(yōu)算......

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量子通信是利用微觀粒子的量子疊加態(tài)或量子糾纏效應(yīng)等進(jìn)行信息或秘鑰的傳輸，基于量子力學(xué)原理，來保證信息或秘鑰傳輸安全性。

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量子精密測量是利用微觀粒子系統(tǒng)及其量子態(tài)的精密測量，完成被測系統(tǒng)物理量的執(zhí)行變換和信息輸出，在測量精度，靈敏度和穩(wěn)定性等方面比傳統(tǒng)技術(shù)有明顯優(yōu)勢。

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2019年，谷歌已經(jīng)宣布其研發(fā)的53量子比特的量子計(jì)算機(jī)懸鈴木（Sycamore）用200秒完成了超級計(jì)算機(jī)Summit要10000年才能完成的問題。

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未來，量子信息產(chǎn)業(yè)化的未來主流或是混合計(jì)算架構(gòu)，即經(jīng)典計(jì)算機(jī)與量子AI架構(gòu)協(xié)同發(fā)展的發(fā)展方向。

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因此，不同于漫威電影等科幻片中對量子世界的淺顯，甚至無厘頭的認(rèn)知：利用量子隧道來揭秘多元宇宙，并實(shí)現(xiàn)時(shí)空穿越。真正的量子世界正在被科學(xué)家們層層揭秘，并通過量子計(jì)算這一前沿科技為行業(yè)多場景賦能增智。

文：慕一

編輯：王珩