量子概念 波粒二象性 量子计算 量子加密算法

一、量子概念

1、比原子大的世界就是宏观世界，比原子小的世界就是微观世界；

2、量子力学研究微观世界的物理现象，微观世界和宏观世界完全不同；

3、量子代表一种不可再分的基本单位，微观世界不可再分的概念都叫量子化；

量子特点：

1、电子绕原子运动的轨迹不确定，但是电子出现的区域相对比较固定；

2、宏观世界的能量传递依靠物质之间的相互作用，比如分子之间的相互碰撞；

3、微观世界的能量传递依靠基本粒子的相互作用，比如光子之间的相互交换；

4、热水变凉是水分子和空气分子的剧烈碰撞，水分子能量传递给空气分子；

5、宏观世界能量传递是连续变化，微观世界能量传递不是连续变化；

二、波粒二象性

1、微观粒子的本质更像是波，都是以波的形式呈现，从而弥漫整个宇宙空间；

2、波的能量往往聚集在某个空间尺度，从而形成波包，波包越聚集越像粒子；

3、波包有两个显著的物理量，一个是位置，一个是动量，两者不能同时测量准确；

4、较大光子能量测量波包，波包吸收光子能量后变窄，位置更加准确，但是动量变大；

5、较小光子能量测量波包，波包宽度较宽，位置不够准确，但是动量比较准确；

量子叠加：

1、量子同时是波和粒子，波包可以同时出现在波的多个位置，这个就是态叠加；

2、不去测量波包，波和波包就是一个整体，波包在空间的位置就是叠加在一起；

3、测量坍塌效应，仪器测量发射某些粒子进行探测，导致粒子态叠加消失；

4、量子叠加是宇宙中最普遍的现象，我们生活在叠加态坍塌过的宏观世界；

量子纠缠：

1、两个纠缠粒子其实是同一条波，测量行为导致坍塌出来两个波包；

2、两个波包在没有测量之前是叠加态的波，测量导致叠加态消失，变成两个确定的波包；

3、在观察者看来两个波包无视空间限制，同时发挥作用，这就是量子纠缠的超光速现象；

4、本质来说纠缠粒子是同一个粒子，对一个粒子的测量，也是对另一个粒子的测量，所以量子纠缠必然同时发生；

三、量子计算

超导量子计算机：

1、绝对零度条件下，金属原子形成晶格，晶格是原子在晶体中排列规律的空间结构；

2、晶格结构的金属原子基本不振动，不影响电子波动，电子不受干扰的自由扩散；

3、电子通过晶格，四周的原子被吸引靠拢，靠拢的原子又会吸引后面的电子，这对电子叫库珀对；

4、库珀对的两个电子自旋方向不同时，形成稳定结构的波色子，不同波色子之间有相互聚集特性；

5、超导体内的无数玻色子像一个整体，一个波一样，一起运动，从而出现几乎无电阻流动现象；

6、超导计算机中量子比特之一是transmon电路，通过形成叠加或纠缠来执行计算；

7、电路中库珀对来回滚动，产生电震荡，基频是整根弦振动，接着是弦分成两段振动；

8、整根弦不动是能量E0，定义为0，整根弦振动是能量E1，定义为1，两者之间为0和1叠加态；

9、谐振器可以读写量子比特状态，谐振器可以连接两个量子比特，置于量子纠缠态；

量子计算门：

1、X门，设置量子比特到0或1，0到1，1到0；

2、H门，设置量子比特叠加态，0和1叠加态；

3、CNOT门，设置两个量子比特纠缠；

量子通信：

1、传统的电磁波通信，发射频率高低不同的大量光子，频率高低代表0和1；

2、窃取者在光子传递过程中，窃取少量光子，通过频率高低可以还原传输内容；

3、量子通信利用单光子不可克隆的原理，进行量子密钥分发，理论上信息绝对安全；