量子起源
這是被愛因斯坦和玻爾用“上帝跟宇宙玩擲骰子”來形容的學科，也是研究“極度微觀領域物質”的物理學分支，它帶來了許許多多令人震驚不已的結論——科學家們發現，電子的行為同時帶有波和粒子的雙重特征（波粒二象性），但僅僅是加入了人類的觀察活動，就足以立刻改變它們的特性；此外還有相隔千裏的粒子可以瞬間聯系（量子糾纏）：不確定的光子可以同時去向兩個方向（海森堡測不準原理）；更別提那只理論假設的貓既死了又活著（薛定諤的貓）……
諸如以上，這些研究結果往往是顛覆性的，因為它們基本與人們習慣的邏輯思維相違背。以至於愛因斯坦不得不感嘆道：“量子力學越是取得成功，它自身就越顯得荒誕。”
到現在，與壹個世紀之前人類剛剛涉足量子領域的時候相比，愛因斯坦的觀點似乎得到了更為廣泛的***鳴。量子力學越是在數理上不斷得到完美評分，就越顯得我們的本能直覺竟如此粗陋不堪。人們不得不承認，雖然它依然看起來奇異而陌生，但量子力學在過去的壹百年裏，已經為人類帶來了太多革命性的發明創造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力學的奇妙故事》壹書的引言中所述：“量子力學在哪？妳不正沈浸於其中嗎。”
陌生的量子，不陌生的晶體管
美國《探索》雜誌在線版給出的真實世界中量子力學的壹大應用，就是人們早已不陌生的晶體管。
1945年的秋天，美國軍方成功制造出世界上第壹臺真空管計算機ENIAC。據當時的記載，這臺龐然大物總重量超過30噸，占地面積接近壹個小型住宅，總花費高達100萬美元。如此巨額的投入，註定了真空管這種能源和空間消耗大戶，在計算機的發展史中只能是壹個過客。因為彼時，貝爾實驗室的科學家們已在加緊研制足以替代真空管的新發明——晶體管。
晶體管的優勢在於它能夠同時扮演電子信號放大器和轉換器的角色。這幾乎是所有現代電子設備最基本的功能需求。但晶體管的出現，首先必須要感謝的就是量子力學。
正是在量子力學基礎研究領域獲得的突破，斯坦福大學的研究者尤金·瓦格納及其學生弗裏德裏希·塞茨得以在1930年發現半導體的性質——同時作為導體和絕緣體而存在。在晶體管上加電壓能實現門的功能，控制管中電流的導通或者截止，利用這個原理便能實現信息編碼，以至於編寫壹種1和0的語言來操作它們。
此後的10年中，貝爾實驗室的科學家制作和改良了世界首枚晶體管。1954年，美國軍方成功制造出世界首臺晶體管計算機TRIDAC。與之前動輒樓房般臃腫的不靠譜的真空管計算機前輩們相比，TRIDAC只有3立方英尺大，功率不過100瓦。今天，英特爾和AMD的尖端芯片上，已經能夠擺放數十億個微處理器。而這壹切都必須歸功於量子力學。
量子幹涉“搞定”能量回收
無論怎樣心懷尊敬，對於我們來說，都不太容易能把量子力學代表的理論和它帶來的成果聯系在壹起，因為他們聽起來就是完全不相幹的兩件事。而“能量回收”就是個例子。
每次駕車出行，人們都會不可避免地做壹件負面的事情——浪費能量。因為在發動機點燃燃料以產生推動車身前進的驅動力同時，相當壹部分能量以熱量的形式散失，或者直白地說，浪費在空氣當中。對於這種情況，美國亞利桑那大學的研究人員試圖借助量子力學中的量子幹涉原理來解決這壹問題。
量子幹涉描述了同壹個量子系統若幹個不同態疊加成壹個純態的情況，這聽起來讓人完全不知所謂，但研究人員利用它研制了壹種分子溫差電材料，能夠有效地將熱量轉化為電能。更重要的是，這種材料的厚度僅僅只有百萬分之壹英尺，在其發揮功效時，不需要再額外安裝其他外部運動部件，也不會產生任何汙染。研究團隊表示，如果用這種材料將汽車的排氣系統包裹起來的話，車輛因此將獲得足以點亮200只100瓦燈泡的電能——盡管理論讓人茫然，但這數字可是清晰可見的。
該團隊因此對新型材料的前途充滿信心，確定在其他存在熱量損失的領域，該材料同樣能夠發揮作用，將熱能轉變為電能，比如光伏太陽能板。而我們只需知道，這都是量子幹涉“搞定”的。
不確定的量子，極其確定的時鐘
作為普通人，壹般是不會介意自己的手表快了半分鐘，還是慢了十幾秒。但是，如果是像美國海軍氣象天文臺那樣為壹個國家的時間負責，那麽這半分半秒的誤差都是不被允許的。好在這些重要的組織單位都能夠依靠原子鐘來保持時間的精準無誤。這些原子鐘比之前所有存在過的鐘表都要精確。其中最強悍的是壹臺銫原子鐘，能夠在2000萬年之後，依然保持誤差不超過1秒。
看到這種精確的能讓人紊亂的鐘表後，妳也許會疑惑難道真的有什麽人或者什麽場合會用到它們？答案是肯定的，確實有人需要。比如航天工程師在計算宇宙飛船的飛行軌跡時，必須清楚地了解目的地的位置。不管是恒星還是小行星，它們都時刻處在運動當中。同時距離也是必須考慮的因素。壹旦將來我們飛出了所在星系的範圍，留給誤差的邊際範圍將會越來越小。
那麽，量子力學又與這些有什麽關系呢？對於這些極度精準的原子鐘來說，導致誤差產生的最大敵人，是量子噪聲。它們能夠消減原子鐘測量原子振動的能力。現在，來自德國大學的兩位研究人員已經開發出，通過調整銫原子的能量層級來抑制量子噪聲程度的方法。它們目前正在試圖將這壹方法應用到所有原子鐘上去。畢竟科技越發達，對準時的要求就越高。
量子密碼之戰無不勝
斯巴達人壹向以戰鬥中的勇敢與兇猛聞名於世，但是人們並不能因此而輕視他們在謀略方面的才幹。為了防止敵人事先得知自己的軍事行動，斯巴達人使用壹種被稱作密碼棒的東西來為機密信息加密和解密。他們先將壹張羊皮紙裹在壹根柱狀物上，然後在上面書寫信息，最後再將羊皮紙取下。借助這種方式，斯巴達的軍官能夠發出壹條敵人看起來語無倫次的命令。而己方人員只需再次將羊皮紙裹在同等尺寸的柱狀物上，就能夠閱讀真正的命令。
斯巴達人樸素的技巧，僅僅是密碼學漫長歷史的開端。如今，依靠微觀物質壹些奇異特性的量子密碼學，已經公開宣稱自己無解。它是壹種利用量子糾纏效應、基於單光子偏振態的全新信息傳輸方式。其安全之處在於，每當有人闖入傳輸網絡，光子束就會出現紊亂，每個結點的探測器就會指出錯誤等級的增加，從而發出受襲警報；發送與接收雙方也會隨機選取鍵值的子集進行比較，全部匹配才認為沒有人竊聽。換句話說，黑客無法闖入壹個量子系統同時不留下幹擾痕跡，因為僅僅嘗試解碼這壹舉動，就會導致量子密碼系統改變自己的狀態。相應的，即便有黑客成功攔截獲得了壹組密碼信息的解碼鑰匙，那他在完成這壹舉動的同壹時刻，也導致了密鑰的變化。因而當合法的信息接收者檢查鑰匙時，就會輕易發現端倪，進而更換新的密鑰。
量子密碼的出現壹直被視為“絕對安全”的回歸，不過，天下沒有不透風的墻。擁有1000多年前那部維京時代海盜史的挪威人，已經打破了量子密碼無解的神話。借助誤導讀取密碼信息的設備，他們在不嘗試解碼的條件下，就獲得了信息。但他們承認，這只是利用了現存技術上的壹個漏洞，在量子密碼術完善後即可趨避。
隨機數發生器：上帝的“量子骰子”
所謂的隨機數發生器，並不是老派肥皂劇中那些奇幻神秘的玩意。它們借助量子力學，能夠召喚出真正的隨機數。不過，科學家們為什麽要不辭勞苦地深入量子世界來尋找隨機數，而不是簡單輕松地拋下硬幣、擲個骰子？答案在於：真正的隨機性只存在於量子層級。實際上只要科學家們收集到關於擲骰子的足夠信息，那麽他們便能夠提前對結果做出預測。這對於輪盤賭博、彩票甚至計算機得出的開獎結果等等，統統有效。
然而，在量子世界，所有的壹切都是絕對無法預測的。馬克斯·普朗克大學光學物理研究所的研究人員正是借助這壹不可預知性，制作出了“量子骰子”。他們先是通過在真空中制造波動來產生出量子噪聲，然後測量噪聲所產生的隨機層級，借此獲得可以用於信息加密、天氣預演等工作的真正隨機數字。值得壹提的是，這種骰子被安裝在固態芯片上，能夠勝任多種不同的使用需求。
我們與激光險些失之交臂
與量子力學的經歷相似，激光在早期曾經也被認為是“理論上的巨人，實際應用上的侏儒”。但今天，無論是家用CD播放器，還是“導彈防禦系統”，激光已經在當代人類的社會生活中，占據了核心地位。不過，如果不是量子力學，我們與激光的故事，很可能是以“擦身而過”而收場。
激光器的原理，是先沖擊圍繞原子旋轉的電子，令其在重回低能量級別時迸發出光子。這些光子隨後又會引發周圍的原子發生同樣的變化，即發射出光子。最終，在激光器的引導下，這些光子形成穩定的集中束流，即我們所看到的激光。當然，人們能夠知曉這些，離不開理論物理學家馬克斯·普朗克及其發現的量子力學原理。普朗克指出，原子的能量級別不是連續的，而是分散、不連貫的。當原子發射出能量時，是以在離散值上被稱作量子的最小基本單位進行的。激光器工作的原理，實際上就是激發壹個特定量子散發能量。
專門挑戰極端的超精密溫度計
如果用普通的醫用溫度計，去測量比絕對零度低百分之壹的溫度，這支溫度計的下場可想而知。那麽如何去對付這樣的極端溫度呢？耶魯大學的研究人員發明了壹支可以對付這些情況的神奇溫度計。它不僅能在極端環境中保持堅挺，更能夠提供無比精確的數值。
為制作這種溫度計，研究團隊必須重新梳理溫度計的設計思路。比如獲得精確數值的方式。幸運的是，在追尋精確的過程中，科學家們借助量子隧道得到了自己想要的答案。就像鉆入山體內部而不是在其表面爬上爬下，粒子在穿越勢壘的過程中，產生出了量子噪聲。使用研究團隊的量子溫度計去測量這些噪聲，便能夠精確地得出實驗物體的溫度。
雖然這種溫度計對於普通人的日常生活並沒有太大的意義，但是在科學實驗室，尤其是那些需要極低溫度環境的材料實驗室它就可以大展身手了。現在，研究者們還在努力通過各種手段提高該溫度計的精確性，並期望隨著它應用範圍的拓展，更極端的科研環境都可以從中受益。
量子能量轉能加載駐波技術
量子能量轉能加載駐波技術。主要的原理是依托高科技量子能量艙。產品在進入艙體後經過“聲、光、電、磁”等物理介入方式，進行能量植入。
並且，在物質的分子層面進行駐波植入，也不會改變物質原有的分子結構和屬性。量子植入後的產品在理論上無半衰期，目前實驗室中現有的量子產品已經過了17年，依然保持著飽和的量子能量。
人人都愛量子計算機
在1965年發表的壹篇論文中，英特爾公司的聯合創始人戈登·摩爾對計算機技術的未來發展，做了壹些粗陋但卻意義深遠的預測。其中最重要的壹條便是日後著名的摩爾定律：每平方英尺集成電路上晶體管的數量，每18個月便會翻兩倍。這壹定律對計算機技術的發展產生了深遠影響，但是現在，摩爾定律似乎走到了盡頭，因為到2020年，矽芯片將會達到自身的物理極限，而隨著晶體管體積的不斷縮小，它們將開始遵循量子世界的各種規律。
和量子世界的規律“抱有敵意”相比，順應量子時代或許才是人們最好的選擇。今天，那些從事量子計算機研究的科學家做的正是這件事情。相比傳統計算機，量子計算機具有無可比擬的巨大優勢：並行處理。借助並行處理的能力，量子計算機能夠同時處理多重任務，而不是像傳統計算機那樣還要分出輕重緩急。量子計算機的這壹特性，註定它在未來將以指數級的速度超越傳統計算機。
不過，在量子計算成為現實之前，科學家們還需要克服壹些艱難挑戰。比如，量子計算機使用的是比傳統比特存儲能力高出許多的量子比特，但是不幸的是，量子比特非常難以創造出來，因為這需要多種粒子***同組成網絡。直到現在，科學家只能夠壹次性將12種粒子纏連起來。而量子計算機若要實現商業化應用，至少需要將這個數字增加數十倍甚至上百倍。
遠距傳輸從科幻到現實
科幻片，尤其是太空題材的，最愛遠距傳輸：偌大的壹個人，在壹個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另壹個地方瞬間出現。
遠距離傳輸就是量子態隱形傳輸，是在無比奇特的量子世界裏，量子呈現的“糾纏”運動狀態。該狀態的光子如同有“心電感應”，能使需要傳輸的量子態“超時空穿越”，在壹個地方神秘消失，不需要任何載體的攜帶，又在另壹個地方瞬間出現。在“超時空穿越”中它傳輸的不再是經典信息，而是量子態攜帶的量子信息，這些量子信息是未來量子通信網絡的組成要素。
此前，IBM團隊的6名工程師證明，遠距傳輸完全可以實現，至少從理論上來講是這樣。但必須註意的是，“原對象”在此過程中將消失——因為遠距傳輸可不是“傳真機”，妳原來那份“文件”是會被它銷毀的。其貌似“復制”原物體的過程，實際也是對原物體的壹種改變。
2009年，美國馬裏蘭州立大學聯合量子研究所的科學家進行的“量子信息處理”的實驗中，成功地實現了從壹個原子到1米外的壹個容器裏的另壹個原子的量子隱形傳輸。盡管在實驗中是壹個原子轉變成另壹個原子，由第二個原子扮演起第壹個原子的角色，與“原物傳送”的概念不同，但原子對原子的傳輸，卻對於研制超密超快的量子計算機和量子通信具有重大意義。
沒錯，遠距傳輸並不僅在傳輸物體這壹目標上才有價值，在達到這壹目的之前，通往“聖域”的各項研究也被證明在其他多重領域大有作為。而所有的量子力學研究，甚至人類所有的科學活動，亦同此理。
想知道什麽是真正的瞬時通信嗎
量子力學在過去的歲月裏為人們帶來的成就彌足珍貴，但科學家們有理由相信，其在未來會奉獻的更多。
現在，當妳在手機、短信、郵件以及MSN、飛信等等諸如此類的通信工具之間徜徉時，可能以為自己已經被所謂的“瞬時通信”覆蓋。實際上，妳發出的聲音、文字、圖像都需要壹點時間才能達到目的地，或長或短而已。現在的人們日常所能用到的通信方式，所需時間都極其短，但在很遠的未來，人和人之間的交流不會只限於大洲與大洲之間，而可能需要橫跨星系，這就使通信時間大大的增加——譬如說，在今年8月6日，“好奇”號火星車登陸火星，傳回的信號到達地球就有十幾分鐘的延遲。但這還只是在太陽系中地球和火星的距離，如果將距離延伸的更遠，那麽科學家們認為，只有量子力學才有能力真正實現“即時”的通信，無論距離多遠。
使瞬時通信成為現實的關鍵，在於被稱為量子糾纏的量子力學現象——愛因斯坦稱其為“幽靈般的遠距作用”，指處於糾纏態的兩個粒子即使距離遙遠，也保持著特別的關聯性，對壹個粒子的操作會影響到另壹個粒子。簡單來說就是，當其中壹個粒子被測量或者觀測到，另壹個粒子也隨之在瞬間發生相應的狀態改變。這種仿佛“心電感應”般的壹致行動，已超出了經典物理學規則的解釋範疇，因此才被愛因斯坦視作鬼魅。但利用量子糾纏，我們可以操縱其中壹個粒子引起對應粒子的即時、相應變化，從而完成收發“宇宙郵件”的動作。