最新蟻人電影標題叫作“量子狂潮”，因為這次的故事發(fā)生在量子力學(xué)規(guī)律支配的微觀世界，漫威稱之為“量子領(lǐng)域”。

在現(xiàn)實生活中，也有一群正在掀起“量子狂潮”的極客，他們中有研究量子物理學(xué)的科研人員，也有做量子科技應(yīng)用落地的創(chuàng)業(yè)者。

今天我們邀請到兩位這樣的極客，看看他們?nèi)绾卧u價電影《蟻人與黃蜂女：量子狂潮》~

PART. 01

尹璋琦博士

北京理工大學(xué)物理學(xué)院教授

博士生導(dǎo)師

Q：《蟻人》系列影片把漫威宇宙帶入“量子領(lǐng)域”。在蟻人和征服者康的對話中提到，量子領(lǐng)域和現(xiàn)實世界計算時間的方式是不一樣的——為什么會這樣？

A：在量子領(lǐng)域中“時間空間變得無關(guān)緊要”，這是電影藝術(shù)上的簡化。

要進入這樣的領(lǐng)域，我們需要進入普朗克尺度，對應(yīng)長度為10^(-44) 米，時間為 10^(-35) 秒，這比通常的微觀量子領(lǐng)域要小得多。在普朗克尺度下，由于不確定原理，量子漲落極為劇烈，空間距離的定義崩解，時間也隨之難以定義。?通常意義上的量子領(lǐng)域，并不需要那么小的尺度，納米以下就足夠了，此時時間與空間的定義都沒有變化。

電影中所謂的量子領(lǐng)域，應(yīng)該是普朗克尺度下的量子領(lǐng)域，時間與空間均失去了意義，因此比較其與日常生活中的時間流速也失去了意義。

Q：影片中所有人在量子領(lǐng)域里都能正常行走、正常交流，遵守著現(xiàn)實世界的物理規(guī)則。在量子級別的微觀世界里，我們所默認的物理規(guī)則還正常適用嗎？

A：微觀世界中，宏觀的規(guī)則會被微觀物理規(guī)則取代：

比如說，微觀氫原子，最外層電子就不能隨便跑，它只能待在某些特定的軌道附近；

量子領(lǐng)域中人不能再依靠聲音來交流了，因為聲波的波長遠長于量子領(lǐng)域中人的高度；

量子領(lǐng)域的人也不能再依靠光來觀察了，因為可見光波長在微米尺度，也比量子領(lǐng)域人的高度要大得多，要與量子領(lǐng)域人的尺寸匹配，也許需要用波長更短的X射線或伽馬射線。

電影中的量子領(lǐng)域世界與宏觀世界看起來毫無區(qū)別，這顯然不符合科學(xué)。

Q：蟻人的女兒發(fā)明了“量子通訊器”，可以穿梭時間線之中。“量子通訊”在科學(xué)上可能是怎樣一種概念？“量子通訊器”在理論上可能實現(xiàn)“穿越時間線”的信息傳遞效果嗎？

A：“量子通信”是指利用量子相干、量子糾纏等作為資源，來實現(xiàn)信息的安全傳輸。但穿越時間線的信息傳輸是違背基本物理定律的，不可能通過量子通訊器來實現(xiàn)。

早在1991年，就有學(xué)者從理論上研究過如何“穿越時間線“在多個量子平行宇宙之間通信。研究發(fā)現(xiàn)，只需要薛定諤方程中出現(xiàn)非線性即可。但最精確的實驗也沒有發(fā)現(xiàn)薛定諤方程中的非線性。所以從科學(xué)上并不能做出電影中的量子通訊器。

當然，科幻電影中如果設(shè)定薛定諤方程有非線性，從而可以做出量子通訊器，也無可厚非。

Q：片中最吸引人的,就是藝術(shù)家們對量子領(lǐng)域奇景的想象。如果基于量子理論開個腦洞，你心目中的量子世界可能會長什么樣？

A：上圖中的量子世界，感覺似乎是在外太空某個星系之中。而我心目中的量子領(lǐng)域，只有普朗克尺度那么小，充滿了各種高能輻射和粒子：粒子塌縮為量子黑洞，而量子黑洞又會迅速變?yōu)楦吣茌椛淞Ｗ?；這兩個過程把時空打出無數(shù)個破洞，形成時空泡沫。

在普朗克尺度的量子領(lǐng)域中，瞬間與永恒似乎沒有區(qū)別。

Q：在電影中的量子領(lǐng)域里有“居民”、甚至有前所未見的“怪獸”存在。迄今為止，物理學(xué)家在量子級別的微觀世界里發(fā)現(xiàn)過類似生命的跡象嗎？

A：物理學(xué)家研究的是讓宏觀生物體進入量子領(lǐng)域，實現(xiàn)量子疊加、量子干涉，直到實現(xiàn)真正宏觀生命體生與死的量子疊加，也就是“薛定諤的貓”。目前已實現(xiàn)氨基酸大分子的量子疊加。

蟻人電影中曾出現(xiàn)百微米大小的水熊蟲，科學(xué)家們提出了制備其量子疊加態(tài)的可行的實驗方案，并在實驗中開展驗證。

Q：影片中，蟻人戰(zhàn)隊與反派戰(zhàn)隊在量子領(lǐng)域里進行了大決戰(zhàn)，給量子領(lǐng)域帶來了很大沖擊。量子領(lǐng)域發(fā)生怎樣的變化，才能被我們現(xiàn)實世界感知到？

A：量子領(lǐng)域中的很多變化都可能被宏觀世界感知到。比如說，量子領(lǐng)域中的打斗，會伴隨能量躍遷，輻射出高能粒子，可以被粒子接收器探測到。

PART.02

張文卓博士

夸密量子（Quakey）創(chuàng)始人

前墨子號量子衛(wèi)星團隊成員

張文卓博士的創(chuàng)業(yè)公司夸密量子（Quakey），致力于用成熟的量子隨機數(shù)技術(shù)塑造新一代互聯(lián)網(wǎng)，改變我們的世界。

△??夸密量子官網(wǎng)

Q：電影“量子狂潮”是否符合現(xiàn)實中“量子極客”的想象？

A：不是很符合。量子領(lǐng)域應(yīng)該是非常微觀的尺度。按照漫威的官方設(shè)定，量子領(lǐng)域時間和空間無意義，那只可能是在普朗克尺度以內(nèi)。普朗克尺度超出了已知物理學(xué)能描述的極限，但可以肯定的是普朗克尺度一定非?；靵y，時空不斷泛起泡沫，正反粒子對不斷地產(chǎn)生和湮滅，沒有什么能穩(wěn)定存在。

但是影片中，進入量子領(lǐng)域卻好像進入了另一個宇宙，出現(xiàn)那么多奇形怪狀的生物，甚至文明，變成了一部純粹的太空歌劇。

所以觀影時我聯(lián)想到了游戲《質(zhì)量效應(yīng)》，這個設(shè)定可以說非常地軟科幻，符合美漫的一貫風格——披著科幻外衣的神話。

Q：現(xiàn)實生活中，真正的量子領(lǐng)域應(yīng)該是什么樣？

A：無論是基本粒子，還是基本粒子組成的復(fù)合粒子，都具有波粒二象性。在微觀尺度，波粒二象性會非常顯著。

所以如果蟻人縮小到一個電子的質(zhì)量，即使他以光速運動，他的物質(zhì)波波長依然有皮米（萬億分之一米）量級，這是普朗克尺度的億億億倍。而在蟻人縮小之前，他的物質(zhì)波波長要小于普朗克尺度，無法察覺。

也就是說，蟻人在不斷縮小過程中，他的波動性就逐漸展現(xiàn)出來了。他不再是一個聚在一起的實體，而是神出鬼沒（《蟻人2》中的幽靈女似乎借鑒了這個設(shè)定）。

△??《蟻人2》里的“幽靈女”

?在量子力學(xué)里，波粒二象性和海森堡不確定原理密切相關(guān)。海森堡不確定原理就是說不可能同時獲得精確的動量和坐標（或者時間和能量），兩者不確定度此消彼長。不確定原理其實在數(shù)學(xué)上是傅里葉變換的一個性質(zhì)。如果引入動量空間，就很容易通過不確定原理理解波粒二象性。

△??圖片來自維基百科

如上圖，坐標空間的一個點粒子，在動量空間就展為一個覆蓋所有動量的波；同理，動量空間的一個點粒子（即固定動量），在坐標空間就展為一個覆蓋全空間的波。那么單一從坐標空間來看，波粒二象性就是在波和粒兩個極端之間來回變化。

Q：電影中都出現(xiàn)了哪些令人印象深刻的量子力學(xué)效果？

A：影片有一個情節(jié)是蟻人不斷地分身，“在一瞬間有一百萬種可能”全部都出現(xiàn)。

這個參考了量子力學(xué)的多世界解釋：即每次測量量子態(tài)產(chǎn)生的隨機結(jié)果，傳統(tǒng)的哥本哈根解釋認為是一個瞬間的量子態(tài)坍縮，隨機選擇了結(jié)果。

而多世界解釋認為每個結(jié)果對應(yīng)的世界都存在，世界（宇宙）產(chǎn)生了分叉。但量子力學(xué)要求這些分叉之間是不能交流的，如同直角坐標系的x軸和y軸，互相垂直沒有投影，老死不相往來。

但為了講好科幻故事，還是要假定多個世界（多個宇宙）之間能夠交流溝通，來回穿梭，甚至跨時間的穿梭。所以有人總結(jié)：遇事不決，量子力學(xué)；解釋不通，穿越時空；邏輯不夠，平行宇宙。

Q：量子領(lǐng)域會影響我們的日常生活嗎？

A：從根本上講，量子力學(xué)是人類已知宇宙最底層的物理規(guī)律，更底層的還沒發(fā)現(xiàn)，而且不知道人類是否有可能發(fā)現(xiàn)。所以我們在宏觀世界遵循的物理規(guī)律，稱為經(jīng)典力學(xué)，實際上是量子力學(xué)在宏觀尺度的近似。也就是說我們的世界根本上是量子力學(xué)支配的。

當然量子力學(xué)是第三次科技革命（信息革命）的源頭，已經(jīng)對我們的世界產(chǎn)生了翻天覆地的變化。量子力學(xué)指導(dǎo)物理學(xué)家們發(fā)明了當今計算機和智能手機的核心集成電路（芯片），用于支撐起全球互聯(lián)網(wǎng)光通訊和精密工業(yè)加工的激光，用于數(shù)字成像的圖像傳感器，用于醫(yī)療和材料檢測的核磁共振，用于全球定位衛(wèi)星的原子鐘等等。

量子信息科技是量子力學(xué)更直接的應(yīng)用，除了已經(jīng)在信息安全基礎(chǔ)建設(shè)布置的量子通信設(shè)備，以及一些國防安全場景的量子傳感設(shè)備外，“上帝擲骰子”的量子隨機數(shù)技術(shù)已經(jīng)可以做成很小的光芯片，能夠內(nèi)置到移動設(shè)備里，成為人工智能和Web3時代的標配，近期很可能對人類生活產(chǎn)生重要影響。

這也是我的創(chuàng)業(yè)公司夸密量子（Quakey）主要在做的事業(yè)。

Q：影片中還有哪些被“量子極客”關(guān)注到的細節(jié)？

A：影片最后一個彩蛋，就是所有字幕都放完的那個彩蛋，非常有趣。這段繼承了《洛基》的劇情，但致敬的畫面是科幻小說鼻祖之一的《時間機器》。所以看過《時間機器》的電影，同時也看過漫威的《洛基》劇，就非常容易get到這個彩蛋的點。

當然，“征服者康”這個反派遠比之前的滅霸更有“反派魅力”。

滅霸是在用一個冠冕堂皇的理由對生命進行屠戮，而征服者康則是在用科技的力量操縱多元宇宙。影片中被流放到量子領(lǐng)域的這個征服者康表現(xiàn)不太好，但是片尾彩蛋，不同多元宇宙的征服者康齊聚一堂，畫面非常震撼。