新量子科技揭示宇宙奥妙

张力手

新量子科技

如果你对量子力学的概念感到困惑，不要慌，我相信你并不是唯一的一个。正如物理学家费恩曼所说的：“我想我可以有把握地说，没有人理解量子力学。”

然而，量子理论却渗透到我们生活的方方面面，它描述了我们生活的这个世界是如何运作的。例如，我们每天沐浴在太阳光之中，你可曾思考过为什么太阳会发光？如果你不懂量子力学，就无法理解其中的奥妙。

生物学是一种化学，而化学是一门应用物理学。
从长远来看的话，一切都是量子的。如果没有量子力学的解释，我们目前对世界如何运转的大部分法都不能成立，现代技术世界的一大半成果都不可能出现。而如今，越来越多的研究证明，量子力学不仅仅作用于非生命现象，在生命现象中仍旧起关键作用。没有量子力学，我们就无法解释酶的催化（量子隧穿）、光合作用（量子漫步）、鸟的导航（量子纠缠）、鱼的嗅觉（量子自旋）、基因突变（量子跃迁）等生命现象。

双螺旋结构中质子的位置决定了生命的“故事”
质子的位置是有量子而不是经典物理定律决定的。使生命成为可能的遗传密码毋庸置疑是量子密码。基因突变是遗传性变异的推手，而遗传性变异让最简单的微生物进化成了如今地球上色彩斑斓、物种极度丰富的生物界。如果时间充裕，微小的失真也会引起巨大的变化。进化“通过保护和积累极其微小的可遗传改进”得以继续。
生命之舟驾驭着混沌之力，乘风破浪。
生命就像一艘船，狭窄的龙骨植根于量子岩层，它可以利用量子现象，比如量子隧穿或者量子纠缠维持自身的存在。在这种情况下，热力学风暴有助于活细胞维持与量子世界的联系，而不是破坏它的量子相干性。死亡可能意味着生命丧失了有序的量子力学性质, 生命之舟在海上徒劳地抵抗着热力学的风暴。生命驾驭着混沌之力，在经典世界与量子世界之间狭窄的边缘上，乘风破浪。

量子世界有很多奇异的性质，
这些奇特的性质在生命现象中都会出现。
在微观的量子世界中，粒子们的奇特性质包括：同时做两件事（量子自旋）、能穿墙而过（量子隧穿）、具有幽灵般的联结等（量子纠缠）。这些奇特的性质之所以没有出现在宏观的经典世界，是因为分子间的“测量”。而在生命中，这些分子特异性都会存在。

生命是一台复杂的分子机器。
生命有序性的自我维持需要依靠酶、色素、DNA、RNA 和其他生化分子的协同合作，而这些生化分子的性质则多数建立在诸如隧穿、相干性和纠缠态等量子现象上。量子范畴内发生的变化引起宏观世界的效应是生命独有的特征，正是生命宏观现象对量子世界的敏感性,让奇特的量子现象造就了宏观的我们。

人脑是一台量子计算机。
量子计算机的运算能力以指数级的方式随着量子位数目的增加而增长。如果大脑中万亿个神经元之间真的存在神秘的遥控力量，那么原本独立的每条神经中所包含的信息就可能通过这种方式被整合起来，“捆绑问题”也就迎刃而解了。大脑成了一台原理神秘但是异常强大的量子计算机。

酶是生命的引擎。所谓的生命力不过是一种“催化反应”
酶参与了每一个活着的和死去的细胞中的每一个生物分子的合成与分解。与其他生命要素一样，酶之于生命，生死攸关。酶在分子内或分子间操控着单个的原子、质子和电子。酶可以精确操纵基本粒子的运动，并借此深入到量子世界中利用其奇异的法则。酶的作用机理正是“量子隧穿”。
量子力学理论从量子一词诞生，到今天有117年的历史。量子力学已让我们的生活翻天覆地。随着对于量子力学研究的深入，实用化的量子产品终将迎来井喷的一天。

波尔说：“如果谁不曾对量子论感到震惊，他就根本没有理解它。”
我们对于量子的无知，就像300多年前，人类对于光的无知一样。人类探索量子世界秘密的过程，智慧之花也在悄然绽放。
也许，在未来的某一天，人类完全理解了量子的世界，才发现量子力学这门超现代科学本身，正是生命古老的事实。
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