臨笑:量子科學(xué)與諾貝爾獎

因十分特殊的原因,昨天有幸見到中國科學(xué)院院士郭光燦老師,郭院士是中國量子光學(xué)和量子信息科學(xué)的開拓者、先行者與奠基人,深耕量子科學(xué)40年,他與和潘建偉都是中國量子領(lǐng)域的杰出代表,為中國乃至世界的量子科學(xué)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻,他們無愧中國“量子之父”的光榮稱號。

郭院士在百忙之中、在他堆滿書籍的辦公室接待了我們,他平易近人的親切態(tài)度,讓我們備感溫暖。已是80多歲高齡的郭院士,精神矍鑠,精力旺盛,用最生動、最形象、最簡潔、最易懂的語言,向我們講述了什么是“量子”、“量子”發(fā)展歷史以及量子科學(xué)在新時代的作用,讓量子如此深奧的概念開始在我們的頭腦里扎根,讓我們受益匪淺。

離開郭院士的辦公室,我們還得到了郭院士親筆簽名的兩本珍貴書籍,一本是郭院士寫的《顛覆一迎接第二次量子革命》(郭光燦著,科學(xué)出版社,2022年4月),另一本是《郭光燦傳》(星河著,科學(xué)出版社,2021年7月)。拿到這兩書,如獲至寶。回到家后一口氣通讀了這兩本書,不僅為優(yōu)美的文筆而贊美,更為書中量子科學(xué)豐富的發(fā)展歷史而吸引,特別是100年來,圍繞著量子科學(xué),一大批杰出科學(xué)家在討論、爭論與探索中推動量子科學(xué)的發(fā)展,他們因此獲得了最高學(xué)術(shù)地位的諾貝爾獎,更是印象深刻,令人難忘。比較起來,讀一些當(dāng)下的文學(xué)讀物,只看兩三頁就已沒有了興趣,而這兩本書居然能一口氣讀完,可見科學(xué)的精神是多么崇高,量子的魅力是多么迷人?。?/p>

以下是一些因與量子力學(xué)有關(guān)的研究而獲得諾貝爾獎的獲得者:

早期奠基者:

馬克斯·普朗克:1918年因發(fā)現(xiàn)量子理論獲諾貝爾物理獎。1900年,他提出能量量子化假說,假定黑體輻射中的能量是不連續(xù)的,只能是基本單位“能量子”的整數(shù)倍,這一假說打破了經(jīng)典物理中能量連續(xù)的觀念,開啟了量子力學(xué)的大門。

阿爾伯特·愛因斯坦:1921年因?qū)怆娦?yīng)的解釋獲諾貝爾物理獎。他提出光量子假設(shè),認為光不僅具有波動性,還具有粒子性,成功解釋了光電效應(yīng),推動了量子力學(xué)的發(fā)展。

尼爾斯·玻爾:1922年因提出玻爾模型獲諾貝爾物理獎。1913年,他提出了原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型,認為電子在原子核外的特定軌道上運動,電子在不同軌道之間躍遷時會吸收或發(fā)射特定頻率的光子,該模型成功解釋了氫原子光譜,為量子力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

量子力學(xué)創(chuàng)立者:

維爾納·海森堡:1932年因創(chuàng)立量子力學(xué),尤其是其應(yīng)用導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)氫的同素異形體而獲諾貝爾物理獎。他率先從修改經(jīng)典分析力學(xué)的途徑建立了矩陣力學(xué),還提出了不確定原理,對量子力學(xué)的發(fā)展和理解產(chǎn)生了深遠影響。

埃爾溫·薛定諤:1933年因建立波動力學(xué)方程而獲諾貝爾物理獎。他從另一條途徑建立了波動力學(xué),提出的薛定諤方程是量子力學(xué)的基本方程之一,用波函數(shù)來描述微觀粒子的狀態(tài),與海森堡的矩陣力學(xué)在內(nèi)容上等價。

保羅·狄拉克:1933年因?qū)α孔恿W(xué)和量子電動力學(xué)的貢獻獲諾貝爾物理獎。他在量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和理論框架方面做出了重要貢獻,提出了狄拉克方程,預(yù)言了反物質(zhì)的存在。

量子信息領(lǐng)域:

阿蘭·阿斯佩、約翰·弗朗西斯·克勞澤、安東·蔡林格:2022年因通過光子糾纏實驗,確定貝爾不等式在量子世界中不成立,并開創(chuàng)了量子信息學(xué)科而共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。他們的實驗為量子力學(xué)的基礎(chǔ)理論提供了重要驗證,也為量子信息科學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

量子力學(xué)自從20世紀初誕生以來,已有數(shù)十位科學(xué)家因相關(guān)研究獲得諾貝爾獎,這些成果不僅深化了人類對于微觀世界的理解,還催生了晶體管、激光、量子計算機等劃時代技術(shù)。近年,隨著量子信息科學(xué)的突破,該領(lǐng)域持續(xù)推動科技革命。

一次量子革命:20世紀初建立量子力學(xué)理論,被動利用量子現(xiàn)象(如半導(dǎo)體、激光),開啟信息技術(shù)變革。

二次量子革命:21世紀起主動操控量子系統(tǒng)(如量子計算、通信),解決經(jīng)典技術(shù)難題,推動新一輪科技突破。

讓我們擁抱二次量子革命吧,通過量子技術(shù)的顛覆性發(fā)展,突破目前傳統(tǒng)算力的嚴重局限,建立起算力強大而能耗低的量子算力系統(tǒng),為人工智能發(fā)展助力;用量子通信,建立起堅固的安全信息屏障,“我們滿懷信心,進入新的量子時代”,郭院士鏗鏘有力的話語還在我們的耳邊回響。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2025.4.23

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