墨子与量子力学

霜晨

墨子与量子力学

      墨子（公元前476或480—公元前390或420年），名翟，春秋末战国初期宋国人。曾担任宋国大夫。中国古代思想家、教育家、科学家、军事家。墨家学派创始人和主要代表人物。
       墨子提出“兼爱”“非攻”“尚贤”“尚同”“天志”“明鬼”“非命”“非乐”“节葬”“节用”等观点，以兼爱为核心，以节用、尚贤为支点，创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。
       墨家在先秦时期影响很大，与儒家并称“显学”。战国时期的百家争鸣，有“非儒即墨”之说。
       为纪念墨子为科学所作出的贡献，我们国家的墨子号通信卫星工程即融进了墨子的名字及其科学观念。
      该工程由中国科学院国家空间科学中心（简称“空间中心”）总负责。其主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
       这里有必要简单介绍一下何为“量子”。
       “量子”一词，意为“有多少”，代表“相当数量的某物质”，它最早由德国物理学家普朗克（1858—1947，物理学家、量子力学重要创始人之一）于1900年提出。其学说假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，只能取能量基本单位的整数倍，从而很好地解释了黑体辐射的实验现象。后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理学有着根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。于是我们明白，描写微观物理世界的物理理论即为量子力学。
       2016年8月16日，在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将墨子号量子通信科学实验卫星发射升空，并进入预定轨道。
       2022年5月，墨子号卫星实现1200千米地表量子态传输新纪录。
       说到量子力学，不得不说说中科大潘建伟团队所取得的科研成果。
       中科大潘建伟、陆朝阳、刘乃乐等组成的研究团队与中科院上海微系统所、国家并行计算机工程技术研究中心合作，成功构建了255个光子的量子计算原型机“九章三号”。其再度刷新了光量子信息的技术水平和量子计算优越性的世界纪录。他们设计了时空解复用的光子探测新方法，构建了高保真度的准光子数可分辨探测器，提升了光子操纵水平和量子计算复杂度。“九章三号”处理高斯玻色取样的速度比上一代“九章二号”提升了一百万倍。“九章三号”在百万分之一秒时间内所处理的最高复杂度的样本，如果用当前最强的超级计算机“前沿”计算，其需用时超过二百亿年。这一成果进一步巩固了我们国家在光量子计算领域的国际领先地位。
       以上表明，自然界发展无止境，人类的认识无止境，科学发展也无止境。人类的认识只可能不断深化，但不能穷尽世界，也不能穷尽真理，因为人类每获得一份正确认识都只是为真理的长河增添了真理的颗粒。这就是人类认识世界的不以人的主观意志为转移的客观规律。