邮票见证:量子科技百年历程

浑河北岸

<p class="ql-block">2025,联合国确定為国际量子科学技术年。100年前,1925,海森堡发表论文《运动学和力学关系的量子力学重新诠释》,开创量子力学先河。2016,中国墨子号量子通讯卫星,成功发射,世界首次实现千公里级星地量子纠缠(压题邮票)。</p> <p class="ql-block">一,量子先驱</p> <p class="ql-block">什么是量子。量子不是一种粒子,而是一种性质。具体而言,当一种事物是不连续变化的,我们就说这种事物是量子化的,把它的最小单元称为量子(袁岚峰,量子是“子”吗。人民日报,2025年2月8日,第6版)。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位,这个最小单位就被称为量子。什么是量子力学。量子力学是描述微观物质(如原子、分子等)运动规律理论,量子科学技术的理论基础(王向斌、沈艺鑫等,量子力学基础教程,清华大学出版社,2023)。</p> <p class="ql-block">量子科学理论三位先驱者,普朗克发现能量子,爱因斯坦发现光量子,玻尔将量子概念用于物质结构,开创量子世界。</p> <p class="ql-block">【邮票】1953,德国邮票。普朗克(1858—1947),揭开20世纪量子革命帷幕。</p> <p class="ql-block">【邮票】1994,德国邮票。普朗克,黑体辐射谱,发现能量子。</p> <p class="ql-block">【邮票】1979,爱尔兰邮票。爱因斯坦(1879—1955),20世纪最伟大的科学家,量子理论的创建者之量子先驱。</p> <p class="ql-block">【邮票】2000,葡萄牙邮票。普朗克、爱因斯坦和玻尔(1885—1962),轰然打开量子科学大门。</p> <p class="ql-block">二、量子力学</p> <p class="ql-block">量子力学,量子科学的基础理论。量子力学的奠基人很年轻。1925年,海森堡24岁,狄拉克23岁,德布罗意32岁,薛定谔38岁,波尔40。应予指出,波尔的黄金时刻,即发现量子时,也才20几岁。狄拉克回忆量子黄金时代(1925-1928)。当时,任何一个第二流的物理学家都很容易做出第一流的工作。从此以后再也没有出现那么令人神往的时期。现在,第一流的物理学家做第二流的工作都很困难了(秦克诚,邮票上的物理学史,清华大学出版社,2005,北京)。</p> <p class="ql-block">【邮票】1982,瑞典邮票。量子简史,量子力学历程。量子力学的奠基人,诺贝尔奖获得者,从上至下,波尔/氢原子电子轨道,薛定谔/电子云,德布罗意/德布罗意波摹式图,狄拉克/云室电子正电子对产生,海森堡等开创性工作。奠定量子力学的基础(王向斌、沈艺鑫等,量子力学基础教程,清华大学出版社,2023)。即</p><p class="ql-block">波粒二象性。微观粒子既表现出波动性也表现出粒子性。这一原理表明微观粒子在特定条件下可以同时表现出波动和粒子的特性。</p><p class="ql-block">不确定性原理。粒子的位置和动量不能同时被精确测量。这一原理指出,微观粒子的位置和动量之间存在一种不确定性关系,无法同时确定粒子的精确位置和动量。</p><p class="ql-block">量子叠加。一个量子系统可以处于多个可能状态的叠加。这一原理表明量子系统可以同时处于多个可能状态,而不是确定的一个状态。</p><p class="ql-block">量子纠缠。两个或多个粒子之间存在一种即使相隔很远也能瞬间影响对方状态的关系。这一原理表明,量子系统中的粒子之间可以存在一种特殊的关联,使得一个粒子的状态变化会影响另一个粒子的状态。</p> <p class="ql-block">【邮票】1963,丹麦邮票。波尔(1885-1962),生于丹麦哥本哈根,哥本哈根学派创始人,量子力学奠基人一。</p> <p class="ql-block">【邮票】1987,奥地利邮票。薛定谔(1887-1961)。1926年,在爱因斯坦关于单原子理想气体的量子理论和德布罗意的物质波假说的启发下,从经典力学和几何光学间的类比,提出了对应于波动光学的波动力学方程,即薛定谔方程,奠定了量子力学的基础。薛定谔作为一位杰出的物理学家,不仅在学术上取得了巨大成就,而且通过其独特的思想和作品对后世产生了深远的影响。</p> <p class="ql-block">【邮票】1970,法国邮票。德布罗意(1892-1987)。生于法国迪耶普,法国理论物理学家,量子力学的奠基人之一。</p> <p class="ql-block">【邮票】1995,圭亚那邮票。狄拉克(1902-1984)。英国理论物理学家,量子力学的奠基人之一。狄拉克发现了在原子理论里很有用的新形式即量子力学的基本方程,给出的狄拉克方程描述费米子的物理行为,预测了反物质的存在。</p> <p class="ql-block">【邮票】2001,德国邮票。海森堡(1901-1976),生于德国维尔茨堡,物理学家,量子力学主要创始人,哥本哈根学派代表人物。建立矩阵力学,量子力学开创主要路径。提出测不准原理,表明不能同时测准微观客体坐标和动能。</p> <p class="ql-block">三、量子科技</p> <p class="ql-block">量子信息,第二次量子革命。</p><p class="ql-block">2022年,诺贝尔物理学奖授予法国科学家阿斯佩(1947-),美国科学家克劳泽(1942-),奥地利科学家蔡林格(1945-),“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式,开创了量子信息学”。量子信息学,分为量子计算、量子通信、量子测量等三个领域。量子计算利用量子比特的叠加态和纠缠效应,实现了远超传统计算机的运算能力,特别是在密码破译、药物研发、优化问题等领域展现出巨大潜力。量子通信。量子通信通过不可克隆性和测量坍缩的特性,理论上实现了绝对保密的通信方式,适用于军事、金融等高度敏感的信息传输领域。量子测量。这项技术可以将探测精度提至原子级别,对于科学研究、材料分析、医学影像等领域将产生深远影响,如在材料科学中帮助科学家更精确了解材料的性质。</p> <p class="ql-block">【邮票】2025,中国台湾邮票。量子科学技术。黑体辐射、光电效应,量子力学重要理论基础,其应用广泛,如电子显微镜等。</p> <p class="ql-block">【邮票】2025,中国台湾邮票。量子科学技术。康普顿效应、波尔原子模型。康普顿效应,被广泛应用于X射线成像和CT扫描以及应用于电子显微镜和无损探伤等技术。</p> <p class="ql-block">【邮票】2025,中国台湾邮票。薛定谔的猫,量子世界最为著名的论战。这是关于一个理想状态下的量子理论的实验,假象把一只猫放进一个密闭且不透明的盒子里,盒子里有一个毒瓶,毒瓶与一个放射性原子核组成一个理想装置,假定该原子核一小时内有50%的可能发生衰变,并且该原子核衰变时会触发装置打开毒瓶,那么在你不打开盒子的情况下你就不会知道猫是活着还是死了。箱中之猫处于“死活叠加态”。既死了又活着。要等到打开箱子看猫一眼才决定其生死。薛定谔的猫,比喻一件事如果你不去做,它就可能有两个结果,而一旦你去做了,最后结果就只能有一个。</p><p class="ql-block">薛定谔的猫实验,为量子计算和量子通信等领域提供了重要的理论基础,在量子计算中,利用叠加态和纠缠态等概念可以实现更高效的计算方法,在量子通信中,通过量子密钥分发等技术可以实现更安全的通信方式,薛定谔的猫实验还为材料科学等领域提供了重要的启示,例如在设计和制备新型材料时需要考虑量子效应的影响。</p> <p class="ql-block">【邮票】2025,中国台湾邮票。量子位、量子计算、量子通讯。量子位是量子计算的基本单位,关键特性是其可以处于0和1的叠加态。量子位的独特性质使得量子计算机能够在处理某些复杂问题时展现出传统计算机无法比拟的优势。量子计算机,量子科学竞争的主要领域。</p> <p class="ql-block">量子科学理论,催生了大量现代科学技术,如激光、核能、半导体、发光二极管。计算机、手机等的出现都与此相关。特别是量子信息理论,将量子计算,量子通信(压题邮票,中国量子通讯卫星墨子号),量子测量推向高峰。</p> <p class="ql-block">【邮票】1975,德国邮票。1988,瑞典邮票。量子科技催生现代信息技术,如电子显微镜。</p> <p class="ql-block">【邮票】1994,英国邮票。量子科技催生了大量科学技术,如医疗影像。</p> <p class="ql-block">□□【邮票】2021,中国邮票。量子科技催生了大量科学技术,如核能。核电就是直接应用。</p> <p class="ql-block">【邮票】2017,中国邮票。超算。无疑,量子计算,将极大提高计算速度。这是量子竞争的最激烈领域(郭光灿,量子计算未来不可限量,人民日报,2025年1月11日,第6版)。2021年10月26日,中国超导量子计算研究团队研制的“祖冲之二号”超导量子计算原型机,实现了对“量子随机线路取样”任务的快速求解,中国首次在超导体系达到了“量子计算优越性”里程碑。</p> <p class="ql-block">【邮票】2019,中国邮票。中国在量子反常霍尔效应研究方面取得重要突破。量子反常霍尔效应是由中国科学院院士、清华大学教授薛其坤首次实验发现,标志量子科技重要进展。量子反常霍尔效应不仅推动新一代低能耗电子学器件的发展,还被视为探索更多量子奥秘的重要窗口。</p> <p class="ql-block">今天,阅读量子科学技术邮票。从量子力学到量子信息,百年变革历程,世界进入量子时代。量子科技,国之重器。量子竞争,国之命运。科学技术属于人类,科学技术创新步伐不可阻挡。赛先生,我们永远的老师。</p>