一口气看懂量子力学，量子叠加，量子纠缠，量子通信

串联量子力学（通俗严谨版）

1.宏观和微观世界的分界线:原子

量子力学研究的是微观世界的物理现象

微观和宏观世界的物理原则完全不同

电子绕原子核运动的轨迹完全不能预测，电子下一秒在哪里，和初始状态不是线性关系，但可以用统计学描述电子可能的分布区域

所以说，上帝掷骰子吗？这是个问题

2.量子是什么

一个现象的分析:热水放凉

热水分子运动更加激烈，热水分子撞击空气分子，将动能传递给空气分子

所以，能量传递，靠的是分子间的相互作用

宏观世界里，温度降低是连续的，也就是说，能量传递是连续的。

但微观世界里，能量降低是间断的。是依靠基本粒子相互交换来实现的，比如光子。

基本粒子是不可再分的最小的粒子。

一个光子携带的能量，是微观世界传递过程中的最小单位。假设一个光子携带能量为A，那么只存在整数倍A的能量，而1A是最小的能量，这就是能量量子化

量子:不可再分的基本单位。

反过来说，不可再分的概念，就可以被称为量子化。比如光子。

3.量子叠加和量子纠缠

前提:微观粒子的呈现状态是波

和宏观中的水波声波不同。微观中波的尺度无限远，波的能量聚集在某个固定的空间尺度上，形成波包。

波包越聚集，越像粒子。越分散，越像波。

测不准原理:

所以海森堡说:粒子的位置和动量信息不能同时测量精确。

但测不准原理的本质，是因为微观粒子的本质属性，而不是测量手段。

量子叠加:也就是态叠加。测量之前，这条波处于共同叠加态，而测量就必须发出能量来作用于这个波，导致叠加态消失，出现两个确定的波，看起来就像是两个确定的粒子无视空间距离，同时作用，这就是纠缠粒子。

但其实可以这么看:纠缠粒子之间是同一个粒子，测量其中一个，也就是测量了另一个。

为什么微观世界中十分常见的量子叠加，在宏观世界中见不到？

其实量子叠加才是宇宙中最普遍最正常的现象，但因为我们生活在叠加态已经坍塌的宏观世界。以及基于宏观条件下推出的牛顿定律是先入为主的。所以我们认为非叠加态才是正常的。

而宏观状态的叠加态坍塌，是因为宏观物质的单位都很大，更容易受到干扰，比如无处不在的光子。

比分子再大一点的物质，必然遭受其他粒子的干扰。从而叠加态消失。

4.量子通信:

一个光子是不可再分的。一旦测量，就会导致叠加态消失所以单个光子不可克隆。

现代的量子通信利用了单光子不可克隆原理。

也就是一旦窃听，就会导致光子坍塌，就会被发现。

量子通信可以做到及时发现窃听行为，从而及时止损。

反思和总结:

1.宏观世界和微观世界遵守的物理原则完全不同。

那么造成这种迥然不同的原因是什么？微观是如何过渡到宏观世界的？不可预测到可预测的原因是什么？

2.微观状态的叠加状态才是最常见的。

3.量子是微观世界中不可再分的粒子的统称。

4.观测会导致叠加态的坍塌，从而出现粒子的确定状态。