联合国宣布2025年为国际量子科技年,纪念量子力学诞生100周年。我们必须认识到该领域对现代科技产生的深远影响。量子力学描述了宇宙最小组成部分的运动规律,它已经从理论理解发展到塑造我们日常生活的实际应用。
激光是量子力学最早也是最具影响力的应用之一。激光器于20世纪中叶开发,利用原子内电子在能级之间跃迁的原理来产生强烈而集中的光束。如今,激光无处不在,从在收银台扫描商品到执行精确的外科手术,以及通过光纤电缆实现高速数据传输。
1947年晶体管的发明彻底改变了电子学。在量子力学支持下,晶体管控制电信号,构成了计算机、智能手机和无数其他电子设备的基础。如果没有量子力学,计算机仍然会占据整个房间。
量子力学也是磁共振成像(MRI)的基础,这是一种重要的医学诊断工具。MRI机器利用核自旋的量子特性来生成体内组织详细图像,为某些类型的组织成像提供了一种非侵入性的X射线替代方案。
发光二极管(LED)是另一项量子技术,已经改变了照明。LED比传统的白炽灯泡更节能,因为它们将电能直接转化为光,产生的热量极少。这种效率源于半导体中电子在能级之间移动的量子力学行为。
展望未来,量子计算具有巨大的潜力。虽然仍处于早期阶段,但主要科技公司正在大力投资其开发,量子计算有望解决经典计算机目前无法解决的复杂问题。尽管量子计算机尚未得到广泛应用,但它们代表着一个前沿领域,有可能彻底改变从医学到材料科学等各个领域。
了解量子力学的基本原理,可以提供一个独特而迷人的世界视角,揭示现实在其最基本层面上奇异而又深刻的影响。