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量子波动速读

**量子波動速讀**是中國大陸一些培訓機構聲稱使用量子力學現象進行快速閱讀的偽科學，在 2019 年 10 月引發媒體廣泛報導，並在中國大陸受到多方質疑。

## 經過

有多家培訓機構聲稱「量子波動速讀」可利用「HSP 高感知力」，能夠讓學員在 5 分鐘之內閱讀 10 萬字，甚至還能過目不忘等等。網際網路上有人發布北京某教育機構組織學生進行量子波動速讀比賽，有學生以極快的速度翻閱書本。一旁還有老師監督。影片發布者稱，只需要不停翻書，就能閱讀、理解書本內容。該影片還稱，此閱讀方法的原理在於「量子會跟量子產生糾纏」，過程中「會產生波粒二象性，通過眼睛作用於大腦，最後眼動腦動，讀完整本書。」此閱讀技術的培訓費用在半年 6000 元到終身 26 萬元之間不等。《北京青年報》推測分析，「量子波動速讀」想要包裝的物理學原理是利用量子波動「讓頭腦中產生動態影像」，以此「讓感知器官產生多維感受」。此外，還有兒童蒙上雙眼，通過「開發松果體」、打開「天眼」，從而直接「感知」書籍內容。深圳市福田區的培訓機構沐憶學堂稱該速讀技巧的原理是利用其「速讀腦波音頻」與右腦形成「共鳴」，從而達到開發右腦潛能的效果。在該機構 2019 年 6 月 26 日發布在微信公眾號的一篇文章《沐憶速讀 —— 開啟全民閱讀大時代》中，沐憶學堂稱自己「通過有版權的訓練系統，以提升青少年專注力為前提，幫助孩子達到每分鐘萬字以上的閱讀水平」。也有北京的全腦教育培訓機構稱自己的課程中雖然推出「量子波動速讀」，但這只是個噱頭而已，與量子無關，「更像是升級版的快速閱讀」。

經過媒體報導後，量子波動速讀引起中國大陸執法部門重視。10 月 16 日，江蘇省鹽城市大豐區市場監管部門表示，已對聲稱能夠培訓「量子波動速讀」的教育機構進行現場調查，但未發現相關內容。監管部門對該機構其他不恰當宣傳進行拆除，並要求其進行整改。10 月 23 日下午，深圳市市場監督管理局通報，經 10 月 17 日的檢查發現，沐憶學堂在起宣傳材料上發布的相關內容違規。該局對培訓機構發出詢問通知書，並持續立案調查。10 月 30 日，深圳市教育局發布《關於禁止中小學生參加「量子波動速讀」培訓核查有關情況的通知》，禁止該市中小學生參加量子波動速讀的培訓，並組織培訓家長不要聽信培訓機構的誤導宣傳。

2020 年 1 月，中華人民共和國國務院教育督導委員會辦公室發布對培訓機構違規培訓的查處情況通報，其中，多家量子波動速讀培訓機構被關停。

## 反響

被懷疑是網絡上流傳影片中比賽組織者的北京市的心智通啟光教育稱自己只教授普通的速讀速記，從未承諾過 5 分鐘讀完一本書。而且，影片中出現的 logo 不是心智通啟光教育的 logo，是分校自己加到海報上去的。該機構還調侃自己「很躺槍」。

延安大學神經外科教授周志武在接受中新社採訪時表示，科學上「並不存在任何專門開發孩子腦潛力的技術。」教育學者韓永順在接受採訪時表示，人在經過眼跳訓練之後可能做到每分鐘 3000 字，並理解六成以上的內容，但這種速度受限於閱讀者的認知、經驗、知識背景等，更何況不是所有文章都適合速讀。韓永順還說，一切鼓吹能短時間大幅提高孩子閱讀速度、技巧的方法都是騙人的。中央電視台評論員謝偉鋒表示，量子波動速讀刻意混淆概念，只會讓孩子練得「翻書比翻臉還快」的無用技能，不如多花時間陪伴孩子。網際網路上也有人表示，這種讀法「不是讀書是搧風」、交「智商稅」。

《北京青年報》評論，這種閱讀法雖然明顯有悖常識、屬於偽科學，但依然讓眾多家長趨之若鶩，就是因為培訓機構意識到家長存在「教育焦慮」，不希望自己的孩子落後。量子波動速讀經過科學包裝後，家長會形成「寧可信其有」的心態，但到頭來反而可能會影響到孩子思維的正常發展。《人民日報》援引中國教育科學研究院研究員儲朝暉的評論，稱在此事件中，誘因是家長望子成龍的心態，而最終決定報名培訓班是由於家長的科學素養有待提高。

《人民日報》在 11 月 16 日作出估計，此謠言的中老年關注人數有 52.5 萬。

## 另見

* 量子神秘主義

## 參考資料
量子涨落

在量子力學中，**量子漲落**（英語：quantum fluctuation。或**量子真空漲落**，**真空漲落**）是在空間任意位置對於能量的暫時變化。 
從維爾納・海森堡的不確定性原理可以推導出這結論。

根據這原理的一種表述，能量的不確定性 $\Delta E$ 與能量改變所需的時間 $\Delta t$ ，兩者之間的關係式為

　
: $\Delta E\Delta t\approx {\frac {\hbar }{2}}$ ；

其中 $\hbar $ 是約化普朗克常數。

這意味著能量守恆定律好像被違反了，但是僅持續很短的時間。因此，在空間生成了由粒子和反粒子組成的虛粒子對。粒子對借取能量而生成，又在短時間內湮滅歸還能量。這些產生的虛粒子的物理效應是可以被測量的，例如，電子的有效電荷與裸電荷不同。從量子電動力學的蘭姆位移與卡西米爾效應，可以觀測到這種效應。

量子漲落對於宇宙大尺度結構的起源非常重要，可以解釋宇宙為什麼會出現超星系團、纖維狀結構這一類結構的問題：根據宇宙暴脹理論，宇宙初期是均勻的，均勻宇宙存在的微小量子漲落在暴脹之後被放大到宇宙尺度，成為最早的星系結構的種子。

## 場量子漲落

## 參見

* 量子退火
* 量子泡沫
* 黑洞輻射

## 引用

## 外部連結

* http://universe-review.ca （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子演算法

**量子演算法**（Quantum algorithm；量子算法）是在量子計算中，於量子計算的現實模型上運行的演算法，最常用的模型是量子線路的計算模型。經典（或非量子）演算法是有限的指令序列，或用於解決問題的分步驟過程，其中每個步驟或指令都可以在經典計算機上執行。同樣地量子演算法是一個循序漸進的過程，其中每個步驟都可以在量子計算機上執行。儘管所有經典演算法也可以在量子計算機上執行，量子演算法一詞通常用於那些看起來本質上是量子的演算法，或者使用量子計算的某些特性，例如量子疊加、或量子糾纏等。

使用經典計算機對於不可判定問題仍然無法使用量子計算機判定。量子演算法的有趣之處在於它們可能比經典演算法更快地解決一些問題，因為量子演算法利用的量子疊加及量子糾纏可能無法解決在經典計算機上進行有效的模擬（參閱量子計算優越性）。

最著名的演算法是用於因式分解的蕭爾演算法以及用於搜索非結構化資料庫，或無序列表的格羅弗算法。蕭爾演算法比最著名的經典分解算法（普通數域篩選法）運行得快得多（呈指數級）。對於相同的任務，格羅弗演算法的查詢複雜度跟經典演算法相比有平方的加速。

## 註釋

## 參閱

* 量子編程

## 外部連結
量子点显示技术

**量子點顯示器**（Quantum dot display）是一種藉由量子點（Quantum dot, QD）或半導體奈米晶體其之特殊光電性質可產生純色之紅、綠和藍光之三原色以作為顯示應用的技術。

* 光致發光量子點 (Photo-emissive quantum dot)

在於現今顯示產業主要是將量子點製作成量子點薄層，並將該層置入於液晶顯示器 (LCD) 之背光模組 (BLU，Backlight Unit) 中以其相較於無使用量子點薄層之液晶顯示器更能降低背光亮度落失及 RBG 彩色濾光片 (Color filter) 之色彩串擾 (Cross talk)，進而得到更佳的背光利用率及提升顯示之色域空間 (Color gamut) 之優點，而此種方式之應用也同樣使用於擁有彩色濾光片設計之白光，藍光或紫外光 (UV) 之有機發光二極體 (OLED) 顯示器。

* 電致發光量子點 (Electro-emissive / Electroluminiscent quantum dot，QD-LED / EL-QLED / ELQD / QDEL)

目前此顯示技術仍處於實驗性質，類似如主動矩陣有機發光二極體 (AMOLED) 和微發光二極體 (MicroLED) 之顯示應用，發光方式是由電流直接導入各像素中的無機奈米粒子。 QD-LED 顯示器將能提供大呎吋、可撓式面板並且將可避免 OLEDs 之產品壽命不佳的缺點，因此預期 QD-LED 顯示器將展開應用於平面電視、數位相機、行動電話及手持式遊戲主機。

量子點顯示器藉助量子點發出頻譜集中、故可得純正的高質素紅 / 綠單色光，超越了傳統 LED 背光的螢光粉發光特性。其與 OLED（有機發光半導體）顯示技術相似，發光頻譜可按工藝所需進行調控，進而提高了顯示效率。美國 QD Vision 公司率先將量子點技術應用於顯示器領域。

目前於 2018 年所有應用量子點之顯示器並命為 QLED 者皆是使用光致發光量子點技術，如前所提電致發光量子點技術，QD-LED 顯示器仍於實驗室發展階段。

## 工作原理

使用量子點作為發光來源的概念源起於 1990 年代，主要應用於量子點紅外光偵測器、發光二極體和單色光發射元件。直至 2000 年早期了解並開發量子點作為發光源及顯示技術的用途。 不論光致發光量子點或電致發光量子點均可引入顯示技術工藝，且因其可放出更純淨之單色光頻譜，故相比於以白光光源經彩色濾光片產生三原色之顯色方式，能有更好的光利用效率及色彩飽和度以達到 100% Rec. 2020 色域標準。

### 量子點增強膜

現行實際應用為使用量子點增強膜 (Quantum dot enhancement film, QDEF) 改善一般發光二極體顯示螢幕 (LED TVs) 之背光光源。從 LED 背光源發射之藍光經 QDEF 後可轉換成相對純色之紅、綠光，以此產生之藍、綠和紅光能降低藍 - 綠光串擾及於彩色濾光片的光吸收率，因此能有更佳的光穿透性和表現色域空間。

### 量子點彩色濾光片

### 主動矩陣發光二極體

## 量子點光學特性

## 製造程序

## 比較

## 參見

## 參考文獻

## 外部連結

* Quantum Dots: Technical Status and Market Prospects （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum dots that produce white light could be the light bulb’s successor （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子热力学

**量子熱力學** 是指關於熱力學和量子力學這兩門相互獨立的物理理論間的關係的研究領域。熱力學和量子力學都討論有關光和物質的物理現象。 1905 年，阿爾伯特・愛因斯坦提出，熱力學和電磁學之間應該保持一致，由此得出了光的量子化理論，給出了 $E=h\nu $ 的關係；該論文是量子理論的曙光。幾十年過去，量子理論已經建立在另一套獨立的規則之上。 而目前，量子熱力學解決了熱力學定律怎樣從量子力學中導出的。相比於量子統計力學，量子熱力學強調從平衡態脫離的動態過程，並且試圖建立能使量子熱力學適用於單個量子系統的理論。

## 動態觀點

量子熱力學與開放量子系統密切相關。
量子熱力學用量子力學在熱力學中引入動態演化，從而為有限時間熱力學奠基。
它的主要假設是把整個世界看作閉系，從而其時間演化決定於由總哈密頓量生成的么正變換。
在熱浴模型下，組合系統的總哈密頓量可以分解為：

　
: $H=H_{\rm {S}}+H_{\rm {B}}+H_{\rm {SB}}$

其中 $H_{\rm {S}}$ 是系統的哈密頓量， $H_{\rm {B}}$ 是熱浴的哈密頓量， $H_{\rm {SB}}$ 是系統與熱浴的相互作用項。
系統的狀態由下列組合系統與熱浴的偏跡給出： $\rho _{\rm {S}}(t)=\mathrm {Tr} _{\rm {B}}(\rho _{\rm {SB}}(t))$ 。
系統的動力學通常只需要用系統算符描述，與此等價，也可以用約化的動力學描述整個系統的動力學。
假設系統的動力學具有馬爾可夫性質，那麼開放量子系統的基本運動方程就是 Linblad 方程 (GKLS):

　
: ${\dot {\rho }}_{\rm {S}}=-{i \over \hbar }[H_{\rm {S}},\rho _{\rm {S}}]+L_{\rm {D}}(\rho _{\rm {S}})$

其中 $H_{\rm {S}}$ 這一部分是一個 (厄密的) 哈密頓量 ，而 $L_{\rm {D}}$ 是： $L_{\rm {D}}(\rho _{\rm {S}})=\sum _{n}\left(V_{n}\rho _{\rm {S}}V_{n}^{\dagger }-{\frac {1}{2}}\left(\rho _{\rm {S}}V_{n}^{\dagger }V_{n}+V_{n}^{\dagger }V_{n}\rho _{\rm {S}}\right)\right)$

## 參見

* 熱量子場論
* 量子統計力學

## 參考
量子物理史话

《**上帝擲骰子嗎？量子物理史話**》是曹天元所著的科普圖書。該書從 2003 年起開始在網絡上連載，出版後大受歡迎，長期處於中國本土科普類書籍暢銷排行榜前列，甚至被稱為「中國的《時間簡史》」。全書以通俗的筆法，描述了量子物理學的發展史。

## 內容

第一章「**黃金時代**」從赫茲對電磁波的發現講起，回顧了光的波動說和粒子說爭議的歷史。作者將 19 世紀末稱為物理學的黃金時代 (第 25 頁)，並稱赫茲的實驗將經典物理學推向了頂峰。(第 24 頁)

在第二章「**烏雲**」中，作者援引開爾文的比喻，提到了「在物理學陽光燦爛的天空中漂浮著」的「兩朵小烏雲」(第 30 頁)，即麥可遜 - 莫雷實驗，以及黑體輻射實驗和理論的不一致。他承接著第二朵「烏雲」，描述了 1900 年普朗克得到黑體公式和引入量子概念的過程。

第三章「**火流星**」首先寫愛因斯坦從普朗克的量子假設出發，解釋了光電效應。作者把 1905 年稱為「奇蹟年」，他幽默地稱愛因斯坦這一年的工作「至少配得上 3 個諾貝爾獎」。(第 65 頁) 之後又描繪了玻爾理論的誕生過程，稱玻爾宣告量子力學「進入了青年時代」。(第 81 頁) 此外，本章還提及了第一次索爾維會議。

第四章「**白雲生處**」在指出玻爾理論的所遭遇的困難後，描述了德布羅意的物質波假說。然後，將 1920 年代中葉物理學界的迷茫，比喻為「第三次波粒戰爭」。(第 105 頁)

第五章「**曙光**」和第六章「**殊途同歸**」寫海森堡和薛丁格為了解決玻爾模型的困難，從兩個不同的方向出發，分別得到了矩陣力學和薛丁格波動方程。其中第六章還討論了決定論和概率論的分歧。

第七章「**不確定性**」講到不確定性原理的發現以及波粒二象性的提出，這兩者與波恩的概率解釋共同構成了哥本哈根解釋的核心。(第 179 頁)

第八章「**決戰**」以一種戲劇性的方式描寫玻爾和愛因斯坦的爭論，重點敘述了第五次索爾維會議上兩人的論戰。隨後又講到了「科學史上著名的怪異現象之一」的「薛丁格的貓」對哥本哈根解釋的挑戰。(第 218 頁) 這在第九章「**歧途**」得到了繼續討論，作者提到了「維格納的朋友」並大量探討了關於意識的問題。隨後，作者又描述了量子力學的另一種解釋，多世界詮釋。

第十章「**回歸經典**」寫到「量子自殺」實驗對多世界詮釋的質疑後，討論了隱變量理論。作者又通過一系列簡化的數學推導，向讀者展示了貝爾不等式，並稱它是「宇宙中最為神秘和深刻的定理之一」。(第 280 頁) 本章還介紹了量子計算機。

第十一章「**不等式的判決**」從貝爾不等式出發，描述了量子糾纏現象。在確定定域的隱變量理論不存在後，作者簡要介紹了系綜詮釋和 GRW 理論。

最後，在第十二章「**新探險**」中，作者簡單介紹了近現代的量子力學，提到了量子退相干、大統一理論、弦論、M 理論等。作者還講到了霍金打賭的軼事。(第 332 頁)

除了正文外，本書還包含了目錄、序言、尾聲、後記、參考資料、人名索引，以及一個講述了海森堡與德國原子彈計劃的故事的「外一篇」。

## 評價

《東方早報》書評作者彭蹦稱此書「把高深莫測的量子物理產生、發展的故事，用極富文采的語言講了出來」，「像武俠小說一樣精彩」。中國科普作家協會的張曉磊則稱，在作者的筆下，「教科書上不苟言笑、高不可攀的科學家變得嬉笑怒罵、有血有肉，撼動傳統物理學基石的顛覆性的發現是那樣險象環生又渾然天成。」

## 獲獎情況

* 2006 年，獲「科學時報讀書杯科普佳作獎」。
* 2008 年，獲第三屆「國家圖書館文津圖書獎」。
* 2013 年，獲第四屆「中華優秀出版物獎」。

## 參考資料

## 外部連結

* 豆瓣讀書頁面 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Google 讀書頁面

## 相關條目

* 《皇帝新腦》
* 《時間簡史》
* 《果殼中的宇宙》
量子相變

**量子相變**是指發生在絕對零度的相變現象。與熱相變不同的是，熱相變的發生是由於熱擾動所造成，而量子相變是經由量子漲落所造成。

量子相變的發生代表著在量子多體系統中基態的性質隨著外部參數發生突然的驟變。傳統上研究量子相變的方法和研究熱相變的方法類似，主要根據朗道的對稱破缺理論和序參量來決定量子系統的相圖。近年來由於量子信息的蓬勃發展，有一些物理學家利用量子信息學來研究量子相變，例如糾纏熵和保真度。
量子破碎

《**量子裂痕**》（英語：Quantum Break，中國大陸譯作「**量子破碎**」）是一款由綠美迪娛樂開發，微軟工作室發行的科幻類動作冒險第三人稱射擊遊戲，於 2016 年 4 月 5 日登陸 Microsoft Windows 和 Xbox One 平台。在少量的行動導向章節中，該遊戲還具有平台遊戲元素。一些「分叉點」會影響遊戲的劇情走向。遊戲加入了真人電視劇集，演員飾演遊戲中的角色，根據玩家的選擇，呈現相應的劇情。

遊戲最初被綠美迪看作是旗下遊戲《心靈殺手》的續作。因為微軟想要一個新的智慧財產權，遊戲的焦點轉移到了時間旅行。團隊在構造遊戲中的虛構科學時諮詢了一些科學家。遊戲部分由綠美迪內部開發，山姆・萊克負責監製。影集部分由 Lifeboat Productions 製作，本・科泰執導。尚恩・艾希摩、埃丹・吉倫和藍斯・瑞迪克飾演了遊戲中的幾名重要角色。遊戲使用了綠美迪開發的新引擎 Northlight 和一種名為數字分子物質（DMM）的技術。

遊戲於 2013 年年中公布，預計 2015 年發行，但為避免與其他 Xbox One 獨占遊戲競爭，遊戲的發行被推遲。本作發行後受到了積極的評價，評論者稱讚了遊戲的畫面、玩法與故事，不過對平台元素的加入、電子遊戲和真人短片的融合以及影片的整體質量意見不一。Windows 10 版本因技術問題而受到批評，所以遊戲又於 2016 年 9 月 29 日在 PC 數位發行平台 Steam 發行。《量子裂痕》是微軟自 Xbox One 推出以來發行的最暢銷的新遊戲 IP（非續作遊戲）。

## 情節

遊戲設置在虛構的河港市，講述了河港市大學物理學院教授保羅・瑟林一直致力於時間機器的研究，在一次失敗的實驗後，和前來大學拜訪他的昔日好友傑克・喬伊斯同時獲得了操縱時間的能力，但傑克與保羅在如何應對時空混亂帶來的末日問題上發生衝突，在遊戲過程中，時間體系會隨時崩潰，導致環境中的時間暫停、斷續、倒流和凍結，玩家扮演傑克在遊戲中會與保羅的莫納其公司 (Monarch Solutions) 展開對抗。

## 玩法

《量子裂痕》是一款第三人稱動作冒險遊戲。玩家扮演傑克・喬伊斯，他擁有操縱時間的力量，不受凍結一切的跳針現象的影響。玩家會面對各種敵人，如莫納其保安人員 (Monarch security guards)；配備了特殊的衣服，可以操縱時間的打擊者； 全副裝甲，配備強大火器的重裝戰士。不同的敵人有不同的攻擊方式，玩家需要部署相應的戰略戰術來打敗他們。

## 角色

## 相關作品

### 小說

《_Quantum Break: Zero State_》（2016）- 作者是 Cam Rogers

## 參考資料

## 外部連結

* 官方網站
* 網際網路電影資料庫（IMDb）上《量子裂痕》的資料（英文）
量子神經學

**量子腦動力學**（英語：**Quantum Brain Dynamics**，縮寫：**QBD**）是神經系統科學中的一種猜想和假說，目的是在量子場論的理論框架內解釋大腦的功能。

## 基本概念

像生物學中所研究的那樣複雜的系統，它們比物理中的理想化系統或單晶體更加缺少對稱性。物理學家傑弗里・戈德斯通證明，發生對稱破缺時，南部 - 戈德斯通玻色子（Nambu-Goldstone bosons）將在可能的態譜中觀測到，典型的例子就是晶體中的聲子。此外赫伯特・弗勒利希發現，生物分子可以產生量子波。

## 內容

在 1967 年，Ricciardi 和 Umezawa 提出了腦細胞之間和腦細胞內部的長程量子相干波理論，並展示了通過南部 - 戈德斯通玻色子實現記憶的存儲和檢索的可能機制。水組成了大腦的 70%，量子腦動力學認為，水分子的電偶極矩形成了一個稱為「皮層場」的量子場，場量子為「皮層子」（corticon），並能和神經細胞中的生物分子所產生的量子相干波發生相互作用。這種生物分子波可以沿神經網絡傳播，並能從 ATP 中獲得能量，進而控制神經元的離子通道。QBD 認為，皮層場和量子波的相互作用產生了意識。

## 參見

* 量子心靈
* 量子神秘主義
* 量子自殺
量子科学中心站

**量子科學中心站**，為中國安徽省合肥市的一座地鐵車站，工程站名**長寧大道站**，位於望江西路與長寧大道交叉口，為合肥軌道交通 6 號線與 7 號線的換乘站，6 號線一期工程建成前與 4 號線貫通運營。

## 車站結構

量子科學中心站位於望江西路與長寧大道交叉口，為 4、7 號線換乘站。 4 號線沿望江西路南側東西向布置，7 號線沿長寧大道南北向布置。4 號線車站為地下兩層雙柱三跨島式車站，站台寬度 14m，7 號線車站為地下三層雙柱三跨島式車站，站台寬度 14m，設 7 個出入口，5 組風亭，2 座冷卻塔。

## 參見

* 南崗站 (合肥軌道交通)

## 參考文獻
量子科学技术研究开发机构

**國立研究開發法人量子科學技術研究開發機構**（日語：国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構／りょうしかがくぎじゅつけんきゅうかいはつきこう，英語：National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology，簡稱：量研機構、QST）是日本的研究所。

國立研究開發法人放射線醫學綜合研究所，是由國立研究開發法人日本原子能研究開發機構量子光部門的一部分，以及核融合研究部門整合、變更名稱而來。

研究領域有影像診斷學，以及量子光（游離輻射、高強度雷射、同步輻射）和核融合。

## 研究據點

* 放射線醫學綜合研究開發部門
  * 放射線醫學綜合研究所（總部）
  
  　
  : 進行放射醫學相關的研究。
  * QST 醫院
  * 高度曝射醫療中心
* 量子光科學研究部門
  * 高崎量子應用研究所
  
  　
  : 放射性同位素實驗的研究所。同時也進行在醫療和生物實驗等所使用的放射性同位素的製造等。
  * 關西光科學研究所
  
  　
  : 京都府木津地區（木津川市關西文化學術研究都市內）和兵庫縣播磨地區（播磨科學公園都市內）兩處。進行量子光束利用研究、光源開發研究、中子生命科學研究、高度計算科學技術研究、輻射光科學研究等工作。
* 核融合能源研究開發部門
  * 次世代放射光設施整備開發中心
* 核融合能量部門
  * 那珂核融合研究所
  
  　
  : 日本國內托克馬克型核融合實驗研究所。正在建設 JT-60SA。
  * 六所核融合研究所
  
  　
  : 原 ITER 候補地、進行 IFMIF 的設計活動。

## 主要設施

* TIARA：離子照射研究所
* SPring-8：大型輻射光設施。兩個擁有專用電子束線。
* HIMAC ：重粒子射線治療裝置
* JT-60SA ：托克馬克型核融合實驗爐

## 關聯項目

* 幅広いアプローチ

## 參考資料
量子科技

**量子技術**（英語：Quantum Technology）是一門新興的物理和工程領域，它的原理基於量子力學的種種特性，如量子糾纏、量子疊加和量子隧穿 ，應用在如量子計算、量子傳感器、量子密碼學 、量子模擬、量子計量和量子成像等領域 。

## 應用

### 傳感

### 安全通信

### 計算

## 參見

* 奈米科學量子
* 原子工程

## 參考文獻

## 外部連結

* "Focus on Quantum Science and Technology Initiatives Around the World （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）", Quantum Science and Technology (2019)
* "National Strategy for Quantum Technologies （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）" UK Quantum Technologies strategy
* "Gadgets from the Quantum Spookhouse （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）," Science News, Vol. 160, No. 23, Dec. 8, 2001, p. 364.
* "Spooky Timing: Quantum-linked photons coordinate clock ticks （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）," Science News, Vol. 166, No. 13, Sept. 25, 2004, p. 196.
* "Kittens Catch Phase （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）," Jonathan P. Dowling, Nature 450, 362-363 (15 November 2007).
* "Quantum-enhanced positioning and clock synchronization （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）," Nature 412, 417-419 (26 July 2001).
* B. Bylicka, D. Chruściński, S. Maniscalco Non-Markovianity as a Resource for Quantum Technologies arXiv:1301.2585 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* G.J. Milburn, M.J. Woolley, «Quantum nanoscience» Contemporary Physics, Vol. 49, No. 6, (2008) 413—433.
* V.E. Tarasov, «Quantum Nanotechnology» International Journal of Nanoscience. Vol.8. No.4-5. (2009) 337—344. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum Feedback Control and Metrology with Cold Atoms
* Quantum Atomic Gravity Gradiometer
* Real World Quantum Effects Demonstrated （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* EPJ Quantum Technology （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Springer journal
* Quantum Science and Technology （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） IOP Publishing journal
量子算法

**量子演算法**（Quantum algorithm；量子算法）是在量子計算中，於量子計算的現實模型上運行的演算法，最常用的模型是量子線路的計算模型。經典（或非量子）演算法是有限的指令序列，或用於解決問題的分步驟過程，其中每個步驟或指令都可以在經典計算機上執行。同樣地量子演算法是一個循序漸進的過程，其中每個步驟都可以在量子計算機上執行。儘管所有經典演算法也可以在量子計算機上執行，量子演算法一詞通常用於那些看起來本質上是量子的演算法，或者使用量子計算的某些特性，例如量子疊加、或量子糾纏等。

使用經典計算機對於不可判定問題仍然無法使用量子計算機判定。量子演算法的有趣之處在於它們可能比經典演算法更快地解決一些問題，因為量子演算法利用的量子疊加及量子糾纏可能無法解決在經典計算機上進行有效的模擬（參閱量子計算優越性）。

最著名的演算法是用於因式分解的蕭爾演算法以及用於搜索非結構化資料庫，或無序列表的格羅弗算法。蕭爾演算法比最著名的經典分解算法（普通數域篩選法）運行得快得多（呈指數級）。對於相同的任務，格羅弗演算法的查詢複雜度跟經典演算法相比有平方的加速。

## 註釋

## 參閱

* 量子編程

## 外部連結
量子統計

**近獨立粒子統計**指的是統計力學中對粒子的特定描述，它的特點是不考慮粒子間的相互作用。近獨立粒子三種主要模式是：

* 描述古典系統用：麥克斯韋 - 玻爾茲曼統計

　
: : ${\bar {n}}={\cfrac {1}{e^{\left(\epsilon -\mu \right)/kT}}}$

* 描述含費米子的量子系統用：費米 - 狄拉克統計

　
: : ${\bar {n}}={\cfrac {1}{e^{\left(\epsilon -\mu \right)/kT}+1}}$

* 描述含玻色子的量子系統用：玻色 - 愛因斯坦統計

　
: : ${\bar {n}}={\cfrac {1}{e^{\left(\epsilon -\mu \right)/kT}-1}}$

這三種統計的不同之處在於：

* 在古典物理中，粒子被視為能被區分出來的不同個體。
* 在量子物理中，兩個費米子不能處於同一個物理態。
* 在量子物理中，要區分玻色子只能從不同的物理態入手，位處同一態的玻色子沒有分別。因此，在物理態一的光子甲及在物理態二的光子乙，跟態一的光子乙及在態二的光子甲沒有分別。但在古典物理中它們會是兩個不同的系統，而在量子物理只算作一個。故玻色子表現得像它們都喜歡在同一狀態似的。

數學上使用可交換算符描述玻色子，反交換算符描述費米子，所以造成了以上的差別。

## 參閱

* 全同粒子
* 盒中氣體
* 費米氣體
* 玻色氣體
量子線

在凝聚態物理中，**量子線**指導電性質受到量子效應影響的導線。由於該效應通常在奈米尺度才出現，故也稱為奈米線。由於傳導電子在切向上受到量子束縛，切向能量呈現量子化: $E_{0}$ ("基態" 能量), $E_{1}$ ,... (另見量子諧振子). 量子化的主要後果是量子線的電阻不能用傳統的公式:

 $R=\rho {l \over S}$
獲得 (這裡 $\rho $ 電阻係數， $l$ 長度， $S$ 截面積)。

 
量子線電阻必須通過對橫向能量的精確計算而獲得，而且必然是量子化的。

奈米線的直徑越小，這種量子效應就愈加明顯。半導體線的電阻在直徑 100 奈米左右開始顯示可觀測的量子性，而金屬要在原子量級才能顯現.

## 碳奈米管

碳奈米管被視作最具有可行性的量子線。

碳奈米管具有一些特殊的電學性質。常用矢量 **Ch** 表示碳奈米管上原子排列的方向，其中 $\mathbf {C_{h}} =n\mathbf {a_{1}} +m\mathbf {a_{2}} $ ，記為 (n,m)。**a1** 和 **a2** 分別表示兩個基矢。(n,m) 與碳奈米管的導電性能密切相關。對於一個給定 (n,m) 的奈米管，如果有 2n+m=3q（q 為整數），則這個方向上表現出金屬性，是良好的導體，否則表現為半導體。對於 n=m 的方向，碳奈米管表現出良好的導電性，電導率通常可達銅的 1 萬倍。取決於其方向性，碳奈米管可用來製作半導體晶片中的導線和電晶體，有望得到更大的開通電流和更快的速度，可用於替代矽晶片，但該技術仍在研究中。

## 量子線的用途

量子線可以用來製作電晶體。電晶體是現代電子電路的基本構成元件。對於製作電晶體來說，最關鍵的問題是確保柵極能夠有效控制對導電溝道的開閉。根據摩爾定律，電晶體的尺寸將會越來越小，直到奈米級別。這使得保持足夠的控制越來越困難。

如果把柵極製作在奈米線外圍，用量子線作導電溝道，這樣的電晶體將會有優良的導電特性。

## 參閱

* 奈米線
* 量子點
* 量子阱 -- 指具有離散能量值的勢阱

## 參考資料
量子線路

**量子線路**或沿用古典稱呼而稱作**量子電路**，是在抽象概念下，對於量子資訊儲存單元（例如量子位元）進行操作的線路。組成包括了於量子資訊儲存單元、線路（時間線），以及各種邏輯閘；最後常需要量子測量將結果讀取出來。

實際上在以物理系統實踐量子計算機時，需要透過轉換，成為實際上的操作方式。例如在核磁共振量子電腦，就需要轉換成射頻，或者射頻搭配梯度磁場的磁振脈衝序列。

## 接線

不同於傳統電路是用金屬線所連接以傳遞電壓訊號或電流訊號；在量子線路中，線路是由時間所連接，亦即量子位元的狀態隨著時間自然演化，過程中是按照漢密頓算符的指示，一直到遇上邏輯閘而被操作。

## 邏輯閘

量子邏輯閘可以分為針對單一量子位元的操作，或者是使兩個位元發生互動關係。列舉如下：

### 單一位元操作

* 量子反閘（ (quantum) NOT gate）
* 相位偏移閘（phase shift gate）
* 旋轉閘（rotation gate）：旋轉閘為最廣義的單位元邏輯閘，事實上可以包括相位偏移閘、反閘等特例。

### 雙位元操作

* 受控反閘（controlled NOT gate）
* 受控相位偏移閘（controlled phase shift gate）
* 互換閘（swap gate）

### 邏輯閘通用性

事實上，任一種量子線路邏輯閘可以由單一位元邏輯閘與雙位元邏輯閘的結合運用所組成，這稱為**邏輯閘通用性**（universality of logic gates）。基於這個機制，可以利用旋轉閘和受控反閘組出對三個以上位元的操作。
量子編程

**量子編程**（Quantum programming）是匯編指令序列之行程，稱為量子程序，能夠在量子計算機上運行。量子編程語言使用高級結構化的形式以助表達量子演算法的計算。

## 量子指令集

量子指令集用於將更高級別的演算法轉換為可以在量子處理器上執行的物理指令。有時這些指令是特定於給定的硬體平台，例如離子阱或超導量子位元。

### cQASM

cQASM，也稱為通用 QASM，是一種與硬體無關的 QASM，可保證所有量子編譯以及仿真工具之間的互相操作性。它是由 TUDelft 的 QCA 實驗室所引入的。

### Quil

Quil 是一種用於量子計算的指令集架構，它首先引入了共享量子 / 經典的記憶模型。它是由 "羅伯特・史密斯"(Robert Smith)、"邁克爾・柯蒂斯"(Michael Curtis)，與 "威廉・曾"(William Zeng) 在 "實用量子指令集架構"(A Practical Quantum Instruction Set Architecture) 一文中介紹的。許多量子算法（包括量子隱形傳態、量子誤差更正、模擬、以及優化演算法）需要共享記憶架構。

### OpenQASM

OpenQASM 是 IBM 引入用於 Qiskit 及 IBM 量子體驗平台的中介表示。

### Blackbird

Blackbird 是哈納杜量子技術公司及史特貝利菲爾德公司 (Strawberry Fields) 使用的量子指令集與中介所表示的。Blackbird 旨在表示可以於光子量子硬體上運行的連續可變量子程序。

## 註釋

## 延伸閱讀

## 參閱

* Quil (指令集架構)
* OpenQASM

## 外部連結
量子级联激光器

**量子級聯雷射器**（Quantum Cascade Laser, 縮寫：　ＱＣＬ）是一種能夠發射光譜在中紅外（Midwave Infrared）和遠紅外頻段雷射的半導體雷射器。它是由貝爾實驗室哲羅姆・菲斯特、費德里科・卡帕索等人於 1994 年率先實現。

通常的半導體雷射器是發光的機制是導帶和價帶中的電子電洞對在複合過程中發出光子，而量子級聯雷射器的原理則是，在多層半導體形成的週期性量子阱超晶格結構中，利用其子能帶之間的電子躍遷發光，這個想法首先由 R.F. Kazarinov 和 R.A. Suris 在 1971 提出，論文題目為《在超晶格結構半導體中實現電磁波放大的可能性》（_Possibility of amplification of electromagnetic waves in a semiconductor with a superlattice_）。

## 雷射類型

儘管量子級聯增益介質可用於產生超發光配置的非相干光，但它最常用於與光學腔結合以形成雷射。

### 法布立 - 培若雷射器

這是量子級聯雷射器中最簡單的一種。 首先用量子級聯材料製造光波導以形成增益介質。 然後切割晶體半導體元件的端部以在波導的任一端上形成兩個平行的反射鏡，從而形成法布立 - 培若（Fabry-Pérot）諧振器。 從半導體到空氣界面的解理面上的殘餘反射率足以產生諧振器。 法布立 - 培若量子級聯雷射器能夠產生高功率，但在較高工作電流下通常是多模式。 可以通過改變量子級聯裝置的溫度來主要改變波長。

### 分布式回饋雷射器

分布式回饋（Distributed feedback, 縮寫：　DFB）量子級聯雷射器類似於法布立 - 培若雷射器，除了在波導頂部構建的分散式布拉格反射器（DBR）以防止其以不同於所需波長的方式發射。 這迫使雷射器的單模操作，即使在較高的工作電流下也是如此。 DFB 雷射器可以通過改變溫度來進行調諧，儘管通過脈衝 DFB 雷射器可以獲得有趣的調諧變體。 在這種模式下，雷射的波長在脈衝過程中迅速「啁啾 (Chirp)」，從而可以快速掃描光譜區域。

### 外腔量子級聯雷射器

在外腔（External cavity, 縮寫：　EC）量子級聯雷射器中，量子級聯元件用作雷射增益介質。 波導小平面中的一個或兩個具有抗反射塗層，其抵抗切割小平面的光學腔作用。 然後將鏡子布置在量子級聯裝置外部的配置中以產生光學腔。

如果在外腔中包括頻率選擇元件，則可以將雷射發射減少到單個波長，甚至可以調諧輻射。 例如，繞射光柵已被用於製造可調諧雷射器，其可調諧其中心波長的 15％以上。

### 擴展調諧設備

存在幾種僅使用單片集成元件來擴展量子級聯雷射器的調諧範圍的方法。 集成加熱器可以將固定工作溫度下的調諧範圍擴展到中心波長的 0.7％，通過 Vernier 效應工作的上層結構光柵可以將其擴展到中心波長的 4％，相比之下，標準 DFB 設備 < 0.1％。

## 應用

法布立－培若（Fabry-Perot　縮寫 FP）量子級聯雷射器於 1998 年首次商業化，分布式回饋（DFB）元件於 2004 年首次商業化，並且廣泛可調諧的外腔量子級聯雷射器於 2006 年首次商業化。高光功率輸出，調諧範圍和室溫操作使量子級聯雷射器（QCL）可用於光譜應用，如環境氣體和大氣污染物的遙感和安全應用。 它們最終可用於在能見度差條件下的車輛巡航定速，防撞雷達，工業過程控制，和醫療診斷如呼吸分析儀。 量子級聯雷射器也用於研究電漿化學。

## 參考文獻
量子线

在凝聚態物理中，**量子線**指導電性質受到量子效應影響的導線。由於該效應通常在奈米尺度才出現，故也稱為奈米線。由於傳導電子在切向上受到量子束縛，切向能量呈現量子化: $E_{0}$ ("基態" 能量), $E_{1}$ ,... (另見量子諧振子). 量子化的主要後果是量子線的電阻不能用傳統的公式:

 $R=\rho {l \over S}$
獲得 (這裡 $\rho $ 電阻係數， $l$ 長度， $S$ 截面積)。

 
量子線電阻必須通過對橫向能量的精確計算而獲得，而且必然是量子化的。

奈米線的直徑越小，這種量子效應就愈加明顯。半導體線的電阻在直徑 100 奈米左右開始顯示可觀測的量子性，而金屬要在原子量級才能顯現.

## 碳奈米管

碳奈米管被視作最具有可行性的量子線。

碳奈米管具有一些特殊的電學性質。常用矢量 **Ch** 表示碳奈米管上原子排列的方向，其中 $\mathbf {C_{h}} =n\mathbf {a_{1}} +m\mathbf {a_{2}} $ ，記為 (n,m)。**a1** 和 **a2** 分別表示兩個基矢。(n,m) 與碳奈米管的導電性能密切相關。對於一個給定 (n,m) 的奈米管，如果有 2n+m=3q（q 為整數），則這個方向上表現出金屬性，是良好的導體，否則表現為半導體。對於 n=m 的方向，碳奈米管表現出良好的導電性，電導率通常可達銅的 1 萬倍。取決於其方向性，碳奈米管可用來製作半導體晶片中的導線和電晶體，有望得到更大的開通電流和更快的速度，可用於替代矽晶片，但該技術仍在研究中。

## 量子線的用途

量子線可以用來製作電晶體。電晶體是現代電子電路的基本構成元件。對於製作電晶體來說，最關鍵的問題是確保柵極能夠有效控制對導電溝道的開閉。根據摩爾定律，電晶體的尺寸將會越來越小，直到奈米級別。這使得保持足夠的控制越來越困難。

如果把柵極製作在奈米線外圍，用量子線作導電溝道，這樣的電晶體將會有優良的導電特性。

## 參閱

* 奈米線
* 量子點
* 量子阱 -- 指具有離散能量值的勢阱

## 參考資料
量子群

在數學物理中，**量子群**(**quantum group**) 是一系列代數結構的通稱，是霍普夫代數 之特例，可以看作 q - 量子化的李代數。雖其名中有一「群」字，但量子群不是群。量子群表示理論可產生楊 - 巴克斯特方程解；以此可以構造紐結的不變量。

## 參考文獻
量子耗散

**量子耗散**的研究目標是在量子力學的基礎上推導出古典耗散定律。量子耗散與量子去相干有緊密聯繫。它在量子力學的層面上研究了能量的不可逆損耗。
量子力學建立在哈密頓量的基礎上，系統總能量守恆，原則上講，這樣的系統不可能描述能量耗散過程。為了克服這個局限性，將系統分作兩部分，一部分是能量發生耗散的系統，一部分叫做「浴」，即該系統所處的環境，系統耗散掉的能量將會流入浴中。系統與浴的耦合取決於描述浴的微觀細節。為了不可逆的能量流動，浴含有無數個自由度。
1963 年，費曼與 Vernon 的文章里給出了關於浴的最簡單的模型，浴被看作是由無數個諧振子組成的集合。量子力學中，諧振子可用於描述自由玻色子。

## Caldeira-Leggett 模型

1981 年，Amir Caldeira 和 Anthony J. Leggett 提出了一個簡單模型，從量子角度深入解釋了耗散過程。該模型描述了一維的系統與浴的耦合。其哈密頓量為

　
: $H={\frac {P^{2}}{2M}}+V(X)+\sum _{i}\left({\frac {p_{i}^{2}}{2m_{i}}}+{\frac {1}{2}}m_{i}\omega _{i}^{2}q_{i}^{2}\right)+X\sum _{i}{C_{i}q_{i}}+X^{2}\sum _{i}{\frac {C_{i}^{2}}{2m_{i}\omega _{i}^{2}}}$ ,

前兩項是系統的哈密頓量，第三項是浴的哈密頓量，代表了無數個諧振子之和。第四項描述了系統與浴的交互作用，在 Caldeira-Leggett 模型中，耦合與系統位置有關，而第五項則用於保證耗散最終在空間中是各向同性的。因為浴與系統的耦合依賴於系統坐標，如果不包含第五項，模型不能滿足平移不變性，這將導致系統與浴的交互作用與系統所處位置有關。

為了更方便的對浴建模，通常使用浴的譜密度函數

　
: $J(\omega )={\frac {\pi }{2}}\sum _{i}{\frac {C_{i}^{2}}{m_{i}\omega _{i}}}\delta (\omega -\omega _{i})$

當趨近於古典極限時，即 $\hbar \rightarrow 0$ 時，通過路徑積分計算，對所有浴的自由度積分可獲得系統在浴的平均作用下的有效動力學，可得到如下運動方程式

　
: $M{\frac {d^{2}}{dt^{2}}}X(t)=-{\frac {\partial V(X)}{\partial X}}-\int _{0}^{T}dt'\alpha (t-t')(X(t)-X(t'))$

其中，

　
: $\alpha (t-t')={\frac {1}{2\pi }}\int _{0}^{\infty }J(\omega )e^{-\omega |t-t'|}d\omega $

描述了耗散過程存在下影響粒子運動的有效力。對於馬可夫浴，即浴與系統交互作用只與當前狀態有關，以及歐姆耗散，上述方程式簡化為古典粒子在摩擦力作用下的運動方程式

　
: $M{\frac {d^{2}}{dt^{2}}}X(t)=-{\frac {\partial V(X)}{\partial X}}-\eta {\frac {dX(t)}{dt}}$

因此，人們可以通過 Caldeira-Leggett 模型從量子角度解釋古典耗散過程。

## 參考文獻
量子脑动力学

**量子腦動力學**（英語：**Quantum Brain Dynamics**，縮寫：**QBD**）是神經系統科學中的一種猜想和假說，目的是在量子場論的理論框架內解釋大腦的功能。

## 基本概念

像生物學中所研究的那樣複雜的系統，它們比物理中的理想化系統或單晶體更加缺少對稱性。物理學家傑弗里・戈德斯通證明，發生對稱破缺時，南部 - 戈德斯通玻色子（Nambu-Goldstone bosons）將在可能的態譜中觀測到，典型的例子就是晶體中的聲子。此外赫伯特・弗勒利希發現，生物分子可以產生量子波。

## 內容

在 1967 年，Ricciardi 和 Umezawa 提出了腦細胞之間和腦細胞內部的長程量子相干波理論，並展示了通過南部 - 戈德斯通玻色子實現記憶的存儲和檢索的可能機制。水組成了大腦的 70%，量子腦動力學認為，水分子的電偶極矩形成了一個稱為「皮層場」的量子場，場量子為「皮層子」（corticon），並能和神經細胞中的生物分子所產生的量子相干波發生相互作用。這種生物分子波可以沿神經網絡傳播，並能從 ATP 中獲得能量，進而控制神經元的離子通道。QBD 認為，皮層場和量子波的相互作用產生了意識。

## 參見

* 量子心靈
* 量子神秘主義
* 量子自殺
量子自杀

**量子自殺**（quantum suicide）是量子力學中的一個思想實驗，由漢斯・莫拉維克和布魯諾・馬查爾（Bruno Marchal）於 1980 年代末分別提出。該實驗由薛丁格貓實驗推廣而來，可以用來區分哥本哈根詮釋與多世界詮釋。

實驗將「薛丁格貓」中的貓改為一個實驗者。此時根據哥本哈根詮釋，實驗者在實驗中存活與否的機率各有 50%。而根據多世界詮釋，實驗後會在兩個不相干的世界中各存在一個實驗者，其中一個活著，而另一個則死了。那麼如果多世界詮釋是正確的話，在經過任意次實驗後，總會存在某個世界，其中實驗者永遠不會死（只有這個世界對實驗者有意義的），這便被稱為**量子永生**（quantum immortality）。

## 參見

* 平行宇宙
* 多世界詮釋
* 量子心靈
* 量子神秘主義

## 參考文獻
量子芝诺效应

**量子芝諾效應**（也稱為**圖靈悖論**），是一種量子效應：如果我們持續觀察一個不穩定的粒子，它將不會衰變。我們可以通過足夠高頻率的觀測來使其「凍結」在它的已知初態。

量子芝諾效應的名字起源於古典的芝諾悖論。芝諾悖論提出：一個飛行中的箭矢在任意一個時刻都是靜止在空中的，所以它不可能處於運動狀態。類比於古典芝諾悖論的該量子效應在 1977 年由 George Sudarshan 和 Baidyanath Misra 在一篇文章中提出。

## 描述

不穩定的量子系統在短時間內的表現有可能會不同於指數衰減。
這種現象就會使得在非指數衰減期間的高頻率觀測將可以抑制系統的衰減，也就是量子芝諾效應。另外，也有研究指出，過高頻率的觀測也可以導致系統衰減的加速。

量子力學中，所謂的「觀測」將產生古典力學的物理量。高頻率的觀測會減緩系統的躍遷。這種躍遷可以是指粒子從一個半空間到另一個（例如原子反射鏡或者原子德布羅意顯微鏡），也可以是波導中光子從一種橫向模態到另外一種，或者是原子中系統從一個量子態轉化到另外一個。

這種躍遷也可以是量子電腦中，系統從一個沒有量子位元去相干損失的子空間，變成有一個量子位元損失的過程。 
這種情況下，通過判斷去相干過程是否發生就可以進行對量子位元的糾錯。

這些過程都可以被認為是量子芝諾效應的應用。一般來講，這種效應通常只發生在量子態可分辨的的量子系統中，也就是說一般不能在古典或宏觀過程中發生。

## 不同的實現方法和一般的定義

## 對量子系統進行週期性的觀測

我們考慮一個二能階量子系統處於一個量子態 A，該量子態是某個測量算符的本徵態。隨著時間的演化，該系統將以一個確定的機率衰退到量子態 B。
如果我們對該系統進行週期性的觀測，每次觀測間隔一個有限的間隔。那麼每次觀測將使得波函數塌縮到測量算符的一個本徵態。
在相鄰兩次的觀測中間，系統將從本徵態演化為兩個本徵態的疊加。當我們再次觀測疊加態時，它將塌縮到其中一個本徵態。
但是，如果系統演化的時間 $t$ 足夠短，那麼疊加態波函數塌縮變成另一個本徵態的機率將正比於 $t^{2}$ 。
因此，如果相鄰兩次觀測的時間間隔趨近於 0，則系統躍遷到量子態 B 的機率也將為 0。

根據量子去相干理論，波函數的塌縮並不是一個瞬時的過程。一次觀測過程等同於將量子系統與周圍的環境進行短時間的強烈耦合過程，持續的耦合過程等同於觀測。
波函數塌縮所需要的時間依賴於量子系統與環境耦合去相干所需要的時間。耦合越強，去相干時間越短，那麼波函數塌縮的就越快。
在去相干的繪景中，一個完美的量子芝諾效應實現方法是，讓量子系統持續的與無限雜亂的環境進行無限大強度的耦合。

## 實驗和討論

實驗上，通過使量子系統與環境的耦合，以抑制量子系統的演化，在多種微觀系統中已經被觀測到。

1989 年，戴維・瓦恩蘭和他在 NIST 的研究小組觀測到了二能階系統中的量子芝諾效應。 約 5000 個 9Be+ 離子被儲存於圓柱形的 Penning trap 中，並且使用雷射冷卻致 250 mK 以下。
實驗使用了共振的射頻 (RF) 來驅動這個系統，在沒有其他雷射的影響下，它可以將全部粒子激發到激發態。
當啟動了射頻之後，實驗進行了對激發態自發輻射光子的監視，以判斷有多少離子處於激發態。
在射頻過程中，離子阱被週期性施加的紫外脈衝「觀測」。
實驗結果與理論模型符合很好，施加的紫外脈衝抑制了量子系統向激發態的演化。
另一篇近期的期刊也描述了該方面的後續結果。

量子芝諾效應也被應用於 SERF，和鳥類的磁致導航系統 (Magnetoreception)。

現在，根據海森堡不確定原理，人們並不確定超高頻率和超短時間的觀測的極限到底是多少。有研究顯示，有限頻率的觀測可以獲得任意強度的芝諾效應。 
2006 年，Streed 與合作者在 MIT 觀測到芝諾效應也依賴於測量脈衝的具體性質。

這些「芝諾效應」的實驗解釋有助於理解這一類現象發生的原因，但是這些理論解釋並沒有帶來薛丁格方程式所不能描述的新的量子物理特性。

有時，超高頻率的「芝諾效應」實驗觀測，並沒有得到理想的實驗結果。

有研究指出，量子芝諾效應仍然存在於量子力學的多世界詮釋中（相對於前面提到的波函數塌縮解釋）。

## 參考文獻
量子裁剪

量子剪裁（或量子裁剪，英文：Quantum cutting）是指螢光材料每吸收一個大能量光子就會放出兩個小能量光子的物理現象，其理論量子產率為 200％。
量子裂痕

《**量子裂痕**》（英語：Quantum Break，中國大陸譯作「**量子破碎**」）是一款由綠美迪娛樂開發，微軟工作室發行的科幻類動作冒險第三人稱射擊遊戲，於 2016 年 4 月 5 日登陸 Microsoft Windows 和 Xbox One 平台。在少量的行動導向章節中，該遊戲還具有平台遊戲元素。一些「分叉點」會影響遊戲的劇情走向。遊戲加入了真人電視劇集，演員飾演遊戲中的角色，根據玩家的選擇，呈現相應的劇情。

遊戲最初被綠美迪看作是旗下遊戲《心靈殺手》的續作。因為微軟想要一個新的智慧財產權，遊戲的焦點轉移到了時間旅行。團隊在構造遊戲中的虛構科學時諮詢了一些科學家。遊戲部分由綠美迪內部開發，山姆・萊克負責監製。影集部分由 Lifeboat Productions 製作，本・科泰執導。尚恩・艾希摩、埃丹・吉倫和藍斯・瑞迪克飾演了遊戲中的幾名重要角色。遊戲使用了綠美迪開發的新引擎 Northlight 和一種名為數字分子物質（DMM）的技術。

遊戲於 2013 年年中公布，預計 2015 年發行，但為避免與其他 Xbox One 獨占遊戲競爭，遊戲的發行被推遲。本作發行後受到了積極的評價，評論者稱讚了遊戲的畫面、玩法與故事，不過對平台元素的加入、電子遊戲和真人短片的融合以及影片的整體質量意見不一。Windows 10 版本因技術問題而受到批評，所以遊戲又於 2016 年 9 月 29 日在 PC 數位發行平台 Steam 發行。《量子裂痕》是微軟自 Xbox One 推出以來發行的最暢銷的新遊戲 IP（非續作遊戲）。

## 情節

遊戲設置在虛構的河港市，講述了河港市大學物理學院教授保羅・瑟林一直致力於時間機器的研究，在一次失敗的實驗後，和前來大學拜訪他的昔日好友傑克・喬伊斯同時獲得了操縱時間的能力，但傑克與保羅在如何應對時空混亂帶來的末日問題上發生衝突，在遊戲過程中，時間體系會隨時崩潰，導致環境中的時間暫停、斷續、倒流和凍結，玩家扮演傑克在遊戲中會與保羅的莫納其公司 (Monarch Solutions) 展開對抗。

## 玩法

《量子裂痕》是一款第三人稱動作冒險遊戲。玩家扮演傑克・喬伊斯，他擁有操縱時間的力量，不受凍結一切的跳針現象的影響。玩家會面對各種敵人，如莫納其保安人員 (Monarch security guards)；配備了特殊的衣服，可以操縱時間的打擊者； 全副裝甲，配備強大火器的重裝戰士。不同的敵人有不同的攻擊方式，玩家需要部署相應的戰略戰術來打敗他們。

## 角色

## 相關作品

### 小說

《_Quantum Break: Zero State_》（2016）- 作者是 Cam Rogers

## 參考資料

## 外部連結

* 官方網站
* 網際網路電影資料庫（IMDb）上《量子裂痕》的資料（英文）
量子計算暨量子信息

**量子計算暨量子信息**（Quantum Computation and Quantum Information）是一本由邁克爾・尼爾森與艾薩克・莊所編寫的量子信息科學教科書，也被視為在量子計算信息學科方面的標準教科書。本書被非正式地稱為 "邁克與艾克"(Mike and Ike)，即是以二位著者的暱稱稱之。本書假設讀者在量子力學及計算機科學方面的先前經驗不多，而針對這兩方面的相關特徵進行獨立的介紹。（洛夫・格羅弗回憶起一位博士後研究員貶低本書的評論，"這本書太初級了 —— 它甚至假設讀者是不了解量子力學的基本知識而開始論述。" 本書的內容不是要討論量子計算機的實驗成果，而是專注在論述較簡要的量子信息理論。

截至 2020 年 1 月，本書已在 Google 學術搜索中被引用超過 39,000 次。在 2019 年，尼爾森為他的量子國家專案計劃 (Quantum Country project) 改編了本書的部分內容。

## 目錄 (十週年紀念版)

* Chapter 1: Introduction and Overview (介紹及概述)
* Chapter 2: Introduction to Quantum Mechanics (量子力學導論)
* Chapter 3: Introduction to Computer Science (計算機科學導論)
* Chapter 4: Quantum circuit (量子線路)
* Chapter 5: The Quantum Fourier transform and its Applications (量子傅立葉變換)
* Chapter 6: Grover's algorithm (格羅弗算法)
* Chapter 7: Quantum Computers: Physical Realization (量子計算機：物理實現)
* Chapter 8: Quantum Noise and Quantum Operations (量子雜音及量子操作)
* Chapter 9: Distance Measures for Quantum Information (量子信息的距離測量)
* Chapter 10: Quantum error correction (量子糾錯更正)
* Chapter 11: Entropy and Information (熵及信息)
* Chapter 12: Quantum Information Theory (量子信息論)
* Appendix 1: Notes on Basic Probability theory (基本概率論註記)
* Appendix 2: Group theory (群論)
* Appendix 3: The Solovay–Kitaev theorem (索洛維 - 基塔耶夫定理)
* Appendix 4: Number theory (數論)
* Appendix 5: Public key cryptography and the RSA Cryptosystem (公開密鑰加密及 RSA 密碼系統)
* Appendix 6: Proof of Lieb's theorem (利布定理證明)
* Bibliography (參考文獻)
* Index (索引)

## 評論

彼得・蕭爾稱本書為 "一本極佳的書籍"。洛夫・格羅弗亦稱本書為 "量子信息領域的聖經"。斯科特・亞倫森談到本書時說："人們親切地稱這本書為《邁克與艾克》，它仍然是所有其他人都可以與之進行比較的量子計算教科書。" 大衛・迪文森佐說，"與之前的任何嘗試相比，本書更清晰地確定量子信息理論的基本基礎，甚至在少數的量子信息研究案例中，允許作者獲得一些原始成果、並指向新的研究方向。" 於 2001 年 11 月版的物理學基礎期刊的評論說，"在為數不多的關於這個新主題的書籍中，本書的論述是最完整和最全面的。"

## 版本

1. Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. Quantum Computation and Quantum Information 1st. Cambridge: Cambridge University Press. 2000. ISBN 978-0-521-63503-5. OCLC 634735192.
2. Nielsen, Michael A.; Chuang, Isaac L. Quantum Computation and Quantum Information 2nd. Cambridge: Cambridge University Press. 2010. ISBN 978-1-107-00217-3. OCLC 844974180.

## 註釋

## 參閱

* 索洛維 - 基塔耶夫定理 (Solovay–Kitaev theorem)

## 外部連結

* Quantum Computation and Quantum Information: Cambridge （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum Computation and Quantum Information: Physics Today （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum Computation and Quantum Information: ACM Guide books （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子貨幣

**量子貨幣**(**Quantum Money**) 是以量子力學為原理設計的貨幣，該原理使貨幣不能被偽造，這概念對量子密鑰分發的發展造成了一定的影響。

這概念是由哥倫比亞大學一位研究生史蒂芬・威斯納在大約 1970 年提出的，但被多本科學期刊拒絕刊登，直至 1983 年。

## 原理

雖然量子貨幣名為貨幣，但在使用方式上它更像是一種支票，因為每次交易均需銀行方面核實。每張量子貨幣上除了印上一個獨特的編號外，亦擁有一個孤立的有兩個量子態的量子系統。例如擁有四個偏震面 (相對垂軸 0°, 45°, 90°, 135°) 其中一個的光子。這四種光子都是其中一個量子系統中的其中一個量子態：(0°, 90°) 基底或 (45°, 135°) 基底。

銀行將持有所有偏震面和對應貨幣編號的紀錄，在貨幣上，則只印有編號，偏震面則被隱藏。由於銀行擁有偏震面的紀錄，它能在任何時候在不干涉量子態的情況下測量它量子態，但對不清楚基底的偽幣製造者來說，即使他知道銀行使用哪兩種基底，只要他使用了錯誤的 (即另一組) 基底來測量光子，便會對光子造成干涉，令造出來的假幣擁有他使用的 (但可能錯誤的) 基底。

對於每一個光子，偽造者有 $3/4$ 的機會成功複制它。如果貨幣上光子的數量是 $N$ ，一張偽幣只有 $(3/4)^{N}$ 的機會通過銀行的檢驗。如果 $N$ 是很大的，這個機會率將以指數下降。事實上，不可克隆原理證明了一個量子將態不能被複製，亦證明了這個系統的安全性。

## 實際限制

目前，實現量子貨幣所需的技術尚未存在，遑論足以大規模於市面使用，所以其局限性只是理論上的討論。

除了實體貨幣外，數位量子貨幣也是一種可行的方向，但是，與其他普遍的數位貨幣 (如比特幣等) 不同，根據不可克隆原理，量子貨幣不能被備份。一個折衷辦法是使用 quantum error-correcting codes，並將貨幣分成部分儲存在不同的地方，當其中某部分被損壞時，該錯誤能被復原。

即使一張貨幣未能通過銀行的檢驗，亦不代表它一定是偽幣：它可能是真幣，但它的光子偏震面受外界環境影響改變了，或曾被以錯誤的基底測量過 (可能是企圖製造偽幣的人，或壞掉的驗鈔機)。

## 參考資料
量子資訊

**量子資訊**是以量子力學基本原理為基礎，把量子系統「狀態」所帶有的物理資訊，進行計算、編碼和資訊傳輸的全新資訊方式。

量子資訊最常見的單位是為量子位元（qubit）—— 也就是一個只有兩個狀態的量子系統。然而不同於古典數位狀態（其為離散），一個二狀態量子系統實際上可以在任何時間為兩個狀態的疊加態，這兩狀態也可以是本徵態。

## 基礎

### 重大發現

1927 年，海森堡發現在測量粒子動量和位置的時候會導致 _h_/4π 的誤差（兩者誤差相乘）。測量時位置的誤差越小，動量的誤差就會變得相當大。而 _h_/4π 就是這個誤差的下限（也就是說兩者誤差的乘積大於等於 _h_/4π）。這一結論最終被稱作不確定性原理。

1935 年，阿爾伯特・愛因斯坦、鮑里斯・波多爾斯基和納森・羅森提出了愛因斯坦 - 波多爾斯基 - 羅森悖論，客觀上揭示了量子糾纏現象。

1984 年，查爾斯・貝內特（Charles Bennett）與吉勒・布拉薩（Gilles Brassard）提出一種量子密分碼發協定，後被稱為 BB84 協定。

1994 年，數學家彼得・秀爾發現針對整數分解的秀爾演算法（Shor 演算法）。2001 年，IBM 使用 NMR 實做的量子計算機以及 7 個量子位元展示了秀爾演算法的實例，將 15 分解成 3×5。

### 相干特性

由於量子相干性，量子位元在測量過程中會表現出與經典情況完全不同的行為。測量儀器與被測系統的相互作用會引起所謂的波包塌縮。這時相干性將被徹底破壞，即發生了所謂的量子退相干。量子糾纏是多位元系統特有的量子性質。兩個位元的量子系統不僅有經典系統中的 4 種不同的狀態，並且可以處在非平凡的雙粒子相干疊加態（量子糾纏態）上，這構成了量子通訊的物理基礎。

## 領域

### 量子通訊

美國在 2005 年建成了 DARPA 量子網路絡，連接美國 BBN 公司、哈佛大學和波士頓大學 3 個節點。中國在 2008 年研製了 20km 級的 3 方量子電話網路。2009 年構建了一個 4 節點全通型量子通訊網路，大大提高了安全通訊的距離和金鑰產生速率，同時保證了絕對安全性。同年，「金融資訊量子通訊驗證網」在北京正式開通，是世界上首次將量子通訊技術應用於金融資訊安全傳輸。2014 年中國遠端量子金鑰分發系統的安全距離擴充至 200 公里，重新整理世界紀錄。2016 年 8 月 16 日，中國發射一顆量子科學實驗衛星「墨子號」，連接地面光纖量子通訊網路，並力爭在 2030 年建成 20 顆衛星規模的全通型量子通訊網。

### 量子計算

量子電腦由包含有導線和基本量子門的量子線路構成，導線用於傳遞量子資訊，量子門用於操作量子資訊。

2015 年 5 月，IBM 在量子運算上取得兩項關鍵性突破，開發出四量子位原型電路（Four Quantum Bit Circuit），成為未來 10 年量子電腦基礎。另外一項是，可以同時發現兩項量子的錯誤型態，分別為 Bit-Flip（位元翻轉）與 Phase-Flip（相位翻轉），不同於過往在同一時間內只能找出一種錯誤型態，使量子電腦運作更為穩定。2016 年 8 月，美國馬里蘭大學學院市分校發明世界上第一台由 5 量子位元組成的可程式化量子電腦。

### 量子雷達

量子雷達屬於一種新概念雷達，是將量子資訊科技引入經典雷達探測領域，提升雷達的綜合效能。量子雷達具有探測距離遠、可辨識和分辨隱身平台及武器系統等突出特點，未來可進一步應用於飛彈防禦和空間探測，具有極其廣闊的應用前景。根據利用量子現象和光子發射機制的不同，量子雷達主要可以分為三個類別：一是量子雷達發射非糾纏的量子態電磁波；二是量子雷達發射糾纏的量子態電磁波；三是雷達發射經典態的電磁波。2008 年美國麻省理工學院的 Lloyd 教授首次提出了量子遠程探測系統模型。2013 年義大利的 Lopaeva 博士在實驗室中達成量子雷達成像探測，證明其有實戰價值的可能性。中國首部基於單光子檢測的量子雷達系統由中國電科 14 所研製，中國科學技術大學、 中國電科 27 所以及南京大學協同運作完成。不過專家表示，量子雷達想要實現工程化可能還有比較漫長的路要走。

### 量子博弈

量子博弈是 Eisert 等人在 1999 年提出的，遊戲者可以利用量子規律擺脫所謂的囚徒困境，防止某一玩家因背叛而獲利。

## 參考來源

## 參考文獻

## 延伸閱讀

## 參見

## 外部連接

* _Валиев К. А._ Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） Вестник РАН. Том 70. N.8. (2000) с.688-695. （俄文）
量子跃迁

**量子躍遷**（quantum jump）又稱**量子跳躍**、**量子跳變**，是量子系統（原子、分子、原子核）從一個量子態到另一個量子態，並從一個能級到另一個能級的「突然轉變」，屬一量子物理學術語。當量子系統吸收能量時，會發生向更高能級的轉變，此過程稱為激發（excitation）；而當量子系統失去能量時，會過渡到較低的能級，此過程稱為退激（deexcitation）。

量子躍遷常指電子從原子的一個軌道狀態（量子態）跳躍到另一個軌道狀態（量子態）上的過程；這一過程是不連續的，也就是不存在電子處於兩個軌道之間的狀態。

## 參考文獻

## 外部連結

YouTube 上的影片
量子退火

**量子退火**（英語：**Quantum annealing**）是一種量子漲落特性的次經驗演算法，可以在目標函數擁有多組候選解答的情況下，找到全局最優解。量子退火主要用於解決離散空間有多個局部最小值的問題 (組合優化問題)，例如尋找自旋玻璃的基態。

量子退火首先從權重相同的所有可能狀態（候選狀態）的量子疊加態開始運行，接著物理系統依含時薛丁格方程開始量子演化。根據橫向場的時間依賴強度，狀態之間產生量子穿隧，使得所有候選狀態的機率幅不斷改變，實現量子並行性。若橫向場的變化速度足夠慢，則系統會保持在接近瞬時哈密頓量的基態，此即為絕熱量子計算。若橫場的變化速度加快，則系統可能會暫時離開基態，而最終問題哈密頓量的基態將會增加更多的可能性，此即非絕熱量子計算 (diabatic quantum computation)。橫向場最終被關閉，並且預期系統已得到原優化問題的解，也就是到達相對應的經典易辛模型基態。在最初的理論被提出之後，隨即有了隨機磁體量子退火成功的實驗證明。在一篇關於組合優化（NP 困難）問題的介紹中，列入了基於量子退火演算法的一般結構，用於求解 max-SAT，最小 multicut 問題這類演算法的兩個實例，以及 D-Wave 系統公司所製造的量子退火系統產品。

## 與模擬退火法比較

模擬退火法的「溫度」參數可以類比量子退火的「隧道場強度」。 在模擬退火中，溫度決定了從單一當前狀態轉移到較高「能量」狀態的概率。 在量子退火中，橫向場的強度決定了改變所有並行狀態機率幅的量子力學機率。 分析和數值證據表明量子退火在某些條件下優於模擬退火。

## 類比與優勢

隧道場基本上是一個動能項，它不與原始玻璃的經典勢能部分交換。整個過程可以利用量子蒙地卡羅 (或其他隨機技術) 在計算機上進行模擬，從而得到尋找經典玻璃基態的啟發式算法。

在對純數學目標函數退火的例子中，可以將這個問題中的變量考慮為經典自由度，而代價函數 (損失函數) 則對應勢能函數 (經典哈密頓函數)。然後在哈密頓量中人為引入非交換變量 (與原始數學問題變量擁有非零交換子的變量) 組成的合適項，以發揮隧道場 (動力學部分) 的作用。這樣就可以用前面構造出的量子哈密頓量 (原始函數 + 非交換部分) 進行模擬。退火的效率將取決於選擇的非交換項。

在實驗和理論上已經證明，在某些情況下，尤其在較淺的局部極小值被非常高但很薄的勢壘 (成本) 圍繞的例子中，量子退火確實優於熱退火（模擬退火）。因為熱躍遷概率 (正比於 $e^{-{\frac {\Delta }{k_{B}T}}}$ ， $T$ 為溫度， $k_{B}$ 為波茲曼常數) 僅相依於能障高度 $\Delta $ ，對於非常高的能障，熱波動很難使系統從這樣的局部最小值出來，然而在 1989 年 Ray、Chakrabarti 和 Chakrabarti 提出，對相同能障的量子穿隧機率不僅取決於勢壘的高度 $\Delta $ ，還取決於它的寬度 $w$ ，機率大約為 $e^{-{\frac {{\sqrt {\Delta }}w}{\Gamma }}}$ ， $\Gamma $ 為穿隧場。若勢壘夠窄 (即 $w\ll {\sqrt {\Delta }}$ )，則量子波動肯定會使系統脫離淺局部最小值，對於 $N$ 自旋玻璃， $\Delta $ 正比於 $N$ ，對於橫向場的線性退火，可以得到退火時間 $\tau $ 正比於 $e^{\sqrt {N}}$ (不同於熱退火， $\tau $ 正比於 $e^{N}$ )，甚至在 $w$ 減少快於等於 $1/{\sqrt {N}}$ 的情形下，變成與 $N$ 無關的。

據推測，在量子計算機中，這種模擬比傳統計算機更精確有效，因為它可以直接執行穿隧而不需手動添加。 此外，因為沒有用到傳統量子算法中所用的量子糾纏，它可在不這麼嚴格的錯誤控制下完成工作。

## D-Wave 實現

參見：D-Wave 系統公司

## 參見

* 量子泡沫
* 黑洞輻射

## 參考資料

## 外部連結
量子通信

**量子加密通訊**，是指在多個通訊節點間，利用量子密鑰分發進行安全通訊的網路。各節點間產生的量子密鑰可以對傳統的語音、圖像以及數位多媒體等通訊數據進行加密和解密。由於量子通訊線路無法通過掛接旁路竊聽或攔截竊聽，只要被竊聽就會讓量子態發生變化從而改變通訊內容，防止原文被偵知，以此實現安全的通訊。

歐洲日內瓦大學和康寧玻璃公司合作建造的量子通訊光纖網路全長為 307 公里。中國於 2017 年 9 月底開通的京滬幹線長達 2000 公里。

## 原理

量子通訊融合了現代物理學和光通訊技術研究的成果，由物理學基本原理來保證密鑰分配過程的無條件安全性。量子密鑰分發根據所利用量子狀態特性的不同，可以分為基於測量和基於糾纏態兩種。基於糾纏態的量子通訊在傳遞資訊的時候利用了量子糾纏效應，即兩個經過耦合的微觀粒子，在一個粒子狀態被測量時，同時會得到另一個粒子的狀態。

## 發展

世界上已有美國、歐洲、中國、俄羅斯等多個研究小組和機構致力於量子通訊網的研發。

2004 年，中國科學技術大學潘建偉教授的科研團隊首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸。

2005 年，美國建成了 DARPA 量子網路。其連接節點有 3 個，分別為美國 BBN 公司、哈佛大學和波士頓大學，目前延伸長度為 10 公里。

2008 年 8 月，潘建偉團隊研製 20km 級 3 方量子電話網路。

來自 12 個歐盟國家的 41 個科研小組經過四年半時間，建立了 SECOQC 量子通訊網路，並於 2008 年 10 月在維也納現場演示了一個基於商業網路的安全量子通訊系統。該系統集成了多種量子密碼手段，包含 6 個節點。其組網方式為在每個節點使用多個不同類型量子密鑰分發的收發系統並利用可信中繼進行聯網。

2009 年，潘建偉團隊在合肥構建和演示了一個 4 節點全通型量子通訊網路。其中任意兩個節點都可以互聯互通、實時地產生不落地量子密鑰，進而用來進行各種加密的數據、語音和多媒體通訊等應用。此網路基於誘騙態量子通訊方案，大大提高了安全通訊的距離和密鑰產生速率，同時保證了絕對安全性 。其最近的兩個通訊節點超過 16km。每個節點可工作在全雙工模式，即同時作為量子訊號發射和接收方進行量子通訊。

截止 2009 年，點對點的兩方量子通訊技術已經比較成熟，科學家和技術人員利用光量子態已經能夠實現幾十公里到百公里級的兩方量子密鑰分發系統 。
為了拓展應用，需對點對點的通訊方式進行組網，滿足多用戶的通訊需要。為了與現有通訊系統兼容以及大量減少成本，量子通訊網還將充分利用經典通訊設施，如現有光纖網路。

2014 年 11 月 15 日，中國研發的遠程量子密鑰分發系統的安全距離擴展至 200 公里，刷新世界紀錄。

2016 年 8 月 16 日，中國發射全世界首顆量子科學實驗衛星。截至 2017 年 8 月，已完成了包括千公里級的量子糾纏分發、星地的高速量子秘鑰分發，以及地球的量子隱形傳態等預定的科學目標。

2017 年 9 月 29 日，世界首條量子保密通訊幹線「京滬幹線」正式開通。當日結合京滬幹線與「墨子號」量子衛星，成功實現人類首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通訊。幹線連接北京、上海，貫穿濟南和合肥全長 2000 餘公里，全線路密鑰率大於 20 千位元 / 秒可同時供上萬用戶密鑰分發。

2020 年 5 月，大陸媒體《參考消息》報導，俄羅斯聖彼得堡國立資訊科技、機械與光學研究大學與俄羅斯風險投資公司合作，將利用俄羅斯鐵路公司的基礎設施打造量子網際網路平台。該項目將耗資 3 億盧布（約合 410 萬美元）。

## 應用

中國「金融資訊量子通訊驗證網」在北京開通，計劃依託於京滬幹線執行兩大金融重鎮間的保密，在世界上首次將量子通訊技術應用於金融資訊安全傳輸。

另有「濟南黨政機關量子通訊專網」是第一個黨政機關網，可供百平方公里的近 200 個終端進行保密通訊，用戶之間的通訊實現了每秒產生 4000 多個密碼。濟南量子科學研究院院長助理周飛參與了整個濟南專網的建設，並世界上首次應用於公檢法部門，例如在檢察院系統，對一些貪腐案件調查進行資訊溝通時，通過量子通訊電話可以保證資訊安全性，不存在洩露或竊聽；能夠實務應用的關鍵是室溫下通訊波段單光子探測器的研發成功。

## 參考文獻

## 參見

* 量子力學
* 量子計算機
* 量子匯流排

## 外部連結

* AT&T hopes quantum networking will amplify the power of quantum computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Elliott, Chip. The DARPA Quantum Network. 2004. arXiv:quant-ph/0412029  .
* cse.wustl.edu （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum Internet and Networked Computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Microsoft -Quantum Network （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子通訊

**量子加密通訊**，是指在多個通訊節點間，利用量子密鑰分發進行安全通訊的網路。各節點間產生的量子密鑰可以對傳統的語音、圖像以及數位多媒體等通訊數據進行加密和解密。由於量子通訊線路無法通過掛接旁路竊聽或攔截竊聽，只要被竊聽就會讓量子態發生變化從而改變通訊內容，防止原文被偵知，以此實現安全的通訊。

歐洲日內瓦大學和康寧玻璃公司合作建造的量子通訊光纖網路全長為 307 公里。中國於 2017 年 9 月底開通的京滬幹線長達 2000 公里。

## 原理

量子通訊融合了現代物理學和光通訊技術研究的成果，由物理學基本原理來保證密鑰分配過程的無條件安全性。量子密鑰分發根據所利用量子狀態特性的不同，可以分為基於測量和基於糾纏態兩種。基於糾纏態的量子通訊在傳遞資訊的時候利用了量子糾纏效應，即兩個經過耦合的微觀粒子，在一個粒子狀態被測量時，同時會得到另一個粒子的狀態。

## 發展

世界上已有美國、歐洲、中國、俄羅斯等多個研究小組和機構致力於量子通訊網的研發。

2004 年，中國科學技術大學潘建偉教授的科研團隊首次實現五光子糾纏和終端開放的量子態隱形傳輸。

2005 年，美國建成了 DARPA 量子網路。其連接節點有 3 個，分別為美國 BBN 公司、哈佛大學和波士頓大學，目前延伸長度為 10 公里。

2008 年 8 月，潘建偉團隊研製 20km 級 3 方量子電話網路。

來自 12 個歐盟國家的 41 個科研小組經過四年半時間，建立了 SECOQC 量子通訊網路，並於 2008 年 10 月在維也納現場演示了一個基於商業網路的安全量子通訊系統。該系統集成了多種量子密碼手段，包含 6 個節點。其組網方式為在每個節點使用多個不同類型量子密鑰分發的收發系統並利用可信中繼進行聯網。

2009 年，潘建偉團隊在合肥構建和演示了一個 4 節點全通型量子通訊網路。其中任意兩個節點都可以互聯互通、實時地產生不落地量子密鑰，進而用來進行各種加密的數據、語音和多媒體通訊等應用。此網路基於誘騙態量子通訊方案，大大提高了安全通訊的距離和密鑰產生速率，同時保證了絕對安全性 。其最近的兩個通訊節點超過 16km。每個節點可工作在全雙工模式，即同時作為量子訊號發射和接收方進行量子通訊。

截止 2009 年，點對點的兩方量子通訊技術已經比較成熟，科學家和技術人員利用光量子態已經能夠實現幾十公里到百公里級的兩方量子密鑰分發系統 。
為了拓展應用，需對點對點的通訊方式進行組網，滿足多用戶的通訊需要。為了與現有通訊系統兼容以及大量減少成本，量子通訊網還將充分利用經典通訊設施，如現有光纖網路。

2014 年 11 月 15 日，中國研發的遠程量子密鑰分發系統的安全距離擴展至 200 公里，刷新世界紀錄。

2016 年 8 月 16 日，中國發射全世界首顆量子科學實驗衛星。截至 2017 年 8 月，已完成了包括千公里級的量子糾纏分發、星地的高速量子秘鑰分發，以及地球的量子隱形傳態等預定的科學目標。

2017 年 9 月 29 日，世界首條量子保密通訊幹線「京滬幹線」正式開通。當日結合京滬幹線與「墨子號」量子衛星，成功實現人類首次洲際距離且天地鏈路的量子保密通訊。幹線連接北京、上海，貫穿濟南和合肥全長 2000 餘公里，全線路密鑰率大於 20 千位元 / 秒可同時供上萬用戶密鑰分發。

2020 年 5 月，大陸媒體《參考消息》報導，俄羅斯聖彼得堡國立資訊科技、機械與光學研究大學與俄羅斯風險投資公司合作，將利用俄羅斯鐵路公司的基礎設施打造量子網際網路平台。該項目將耗資 3 億盧布（約合 410 萬美元）。

## 應用

中國「金融資訊量子通訊驗證網」在北京開通，計劃依託於京滬幹線執行兩大金融重鎮間的保密，在世界上首次將量子通訊技術應用於金融資訊安全傳輸。

另有「濟南黨政機關量子通訊專網」是第一個黨政機關網，可供百平方公里的近 200 個終端進行保密通訊，用戶之間的通訊實現了每秒產生 4000 多個密碼。濟南量子科學研究院院長助理周飛參與了整個濟南專網的建設，並世界上首次應用於公檢法部門，例如在檢察院系統，對一些貪腐案件調查進行資訊溝通時，通過量子通訊電話可以保證資訊安全性，不存在洩露或竊聽；能夠實務應用的關鍵是室溫下通訊波段單光子探測器的研發成功。

## 參考文獻

## 參見

* 量子力學
* 量子計算機
* 量子匯流排

## 外部連結

* AT&T hopes quantum networking will amplify the power of quantum computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Elliott, Chip. The DARPA Quantum Network. 2004. arXiv:quant-ph/0412029  .
* cse.wustl.edu （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum Internet and Networked Computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Microsoft -Quantum Network （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子造密學

**量子密碼學**（英語：Quantum cryptography）泛指利用量子力學的特性來加密的科學。量子密碼學最著名的例子是量子密鑰分發，而量子密鑰分發提供了通訊兩方安全傳遞密鑰的方法，且該方法的安全性可被資訊理論所證明。目前所使用的公開金鑰加密與數位簽章（如 ECC 和 RSA）在具規模的量子電腦出現後，都會在短時間內被破解。量子密碼學的優勢在於，除了古典密碼學上的數學難題之外，再加上某些量子力學的特性，可達成古典密碼學無法企及的效果。例如，以量子態加密的資訊無法被複製。又例如，任何試圖嘗試讀取量子態的行動，都會改變數子態本身。這使得任何竊聽量子態的行動會被發現。

## 簡介

量子密碼是一種基於量子力學原理的加密方式，使用了量子位元之間的交互作用和測量來保證資訊的安全性。與傳統密碼不同，量子密碼無法被破解，因為其基於的是量子物理的本質特性，而不是數學或演算法上的計算難題。

在量子密碼中，傳送方和接收方之間使用一對量子位元（Qubits）來加密和解密資訊。傳送方將要傳輸的資訊通過量子位元傳送給接收方，這個過程會通過一個叫做「量子隧道」的通道來完成。在傳輸過程中，如果有人試圖竊取資訊，就會導致量子位元的狀態發生變化，使得接收方能夠檢測到竊聽的存在。因此，量子密碼不僅可以保證資訊的加密安全，而且能夠檢測到是否有人試圖竊取資訊。

儘管量子密碼具有極高的安全性，但是它的實現和使用仍然非常複雜和困難。需要使用先進的量子技術和裝置來實現，並且需要進行嚴格的安全性驗證和測試。因此，目前只有少數專業人士和機構能夠使用和實現量子密碼。

## 量子金鑰分發

量子密碼學最著名且發展最完善的應用是量子密鑰分發。量子密鑰分發是利用量子通訊的方式，讓通訊雙方（Alice 和 Bob）彼此擁有共同的密鑰。在此方法中，即使竊聽者（Eve）可竊聽通訊雙方（Alice 和 Bob）之間所有通訊，竊聽者也無法學習到有關密鑰的資訊。這是因為 Alice 利用量子態來加密密鑰，當 Eve 試圖竊聽時，根據觀察量子態勢必造成量子態改變的特性，Alice 和 Bob 會發現他們的通訊已被竊聽。此時，Alice 和 Bob 就會放棄此次的通訊。一般來說，量子密鑰分發只用來傳遞古典對稱性加密所用的密鑰。

量子密鑰分發的安全性，可在不限制竊聽者的能力之下，嚴格被數學所證明，這樣的安全性通常被稱為「無條件的安全性」。但量子密鑰分發仍需要一些最基本的假設，包括量子力學的特性成立，以及 Alice 和 Bob 可對彼此的身分進行認證，否則可能遭受中間人攻擊。

量子密鑰分發可抵抗量子電腦的攻擊是基於物理法則，而不是像後量子密碼學是基於量子電腦尚未攻破的數學難題。

## 參考
量子遊走

**量子隨機漫步**（英語：Quantum Random Walk，縮寫為 QRW、量子隨機行走）是量子演算法中的重要核心，為量子資訊科學的分支，是一種利用量子力學性質產生隨機過程的數學統計模型，分為離散量子隨機漫步和連續量子隨機漫步，前者使用一枚量子銅板與漫步者共同演化，後者無需使用銅板而是透過馬爾可夫鏈分析。和古典的隨機漫步相比，由於量子糾纏的非局域性和量子疊加態的相位干涉，能夠以更高的速度探索目標空間．1993 年由亞基爾・阿哈羅諾夫首先提出．

## 參見

* 量子計算
* 隨機漫步
* 亞基爾・阿哈羅諾夫
* 連續時間量子隨機漫步

## 參照

## 延伸閱讀

## 外部連接

* International Workshop on Mathematical and Physical Foundations of Discrete Time Quantum Walk （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum walk （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
量子遙傳

**量子遙傳**（quantum teleportation），又稱**量子隱形傳輸**、**量子隱形傳送**、**量子隱形傳態**，是一種利用量子纏結來傳送量子態至任意距離的技術。 名詞翻譯可能最早見於 2000 年科學月刊上的文章，因為 tele 字首表示遠方的意思。
量子遙傳並不會傳送任何物質或能量。這樣的技術在量子資訊與量子計算上相當有幫助。然而，這方式無法傳遞傳統的資訊，因此無法使用在超光速的通訊上面。量子遙傳與一般所說的瞬間移動沒有關係，量子遙傳無法傳遞系統本身，也無法用來安排分子以在另一端組成物體。

2019 年 8 月 18 日中國科學技術大學潘建偉、陸朝陽等和奧地利維也納大學蔡林格 (Zeilinger) 小組合作，在國際上首次成功實現高維度量子體系的隱形傳態。此前的實驗中只能完成二維傳輸，此一突破可以達成任意維度傳輸，向實用化大幅推進。該研究成果發表於國際權威學術期刊《物理評論快報》(PRL)。

 

## 註釋

## 參考文獻

## 參見

* 量子力學
  * 量子力學入門
  * Quantum nonlocality
  * 量子電腦
  * 量子糾纏
  * 不確定性原理
  * Quantum energy teleportation
* 古澤明

## 外部連結

* _signandsight.com:_"Spooky action and beyond" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） - Interview with Prof. Dr. Anton Zeilinger about quantum teleportation. Date: 2006-02-16
* Quantum Teleportation at IBM （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Physicists Succeed In Transferring Information Between Matter And Light （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Quantum telecloning: Captain Kirk's clone and the eavesdropper （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Teleportation-based approaches to universal quantum computation
* Teleportation as a quantum computation
* Quantum teleportation with atoms: quantum process tomography
* Entangled State Teleportation
* Fidelity of quantum teleportation through noisy channels by （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* TelePOVM— A generalized quantum teleportation scheme （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Entanglement Teleportation via Werner States
* Quantum Teleportation of a Polarization State
* The Time Travel Handbook: A Manual of Practical Teleportation & Time Travel
* letters to nature: Deterministic quantum teleportation with atoms
* Quantum teleportation with a complete Bell state measurement
* Welcome to the quantum Internet. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） _Science News,_ Aug. 16 2008.
* Quantum experiments - interactive. （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* "A (mostly serious) introduction to quantum teleportation for non-physicists （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）"
量子重力研究者

以下為較有名的**量子重力研究者列表**，按姓氏拉丁字母首字序排列：

* 阿貝・阿希提卡：阿希提卡變數發明者。迴圈量子重力理論的創建者之一。
* 約翰・拜艾茲：引介自旋泡沫觀念的數學物理學家.
* 約翰・巴瑞特：數學物理學家，協助開發量子重力中的巴瑞特 - 克瑞恩模型。
* 湯姆・班克斯：理論物理學家，BFSS 矩陣理論創始人之一，主要研究弦論、全像原理與量子重力。
* 朱利安・巴爾伯：哲學家，著有《The End of Time》、《Absolute or Relative Motion?》與《The Discovery of Dynamics》。
* 馬丁・玻久華德：開創將迴圈量子重力理論應用到宇宙學的物理學家。
* 史帝夫・卡利普：3 維量子重力專家。
* 路易斯・克瑞恩：數學物理學家，協助開發量子重力中的巴瑞特 - 克瑞恩模型。
* 大衛・芬可斯坦：物理學家，對量子相對論 (quantum relativity) 與其邏輯基礎貢獻良多。
* 羅多佛・甘比尼：協助引介迴圈量子重力理論的物理學家；《迴圈、結、規範理論與量子重力》共同作者。
* 蓋瑞・吉本斯：曾對黑洞做出重要貢獻的物理學家。
* 布萊恩・格林：物理學家，鏡對稱現象發現者之一，弦論普及者，哥倫比亞大學教授
* 詹姆斯・哈妥：協助開發宇宙之哈妥 - 霍金波函數的物理學家。
* 史蒂芬・霍金：劍橋大學盧卡斯講話教授，為黑洞專家，亦是黑洞輻射的發現者。協助開發宇宙之哈妥 - 霍金波函數。
* 克里斯多福・伊閃：關注於量子重力中觀念性問題的物理學家。
* 泰德・賈寇柏森：協助開發迴圈量子重力理論的物理學家。
* 里內・洛爾：研究迴圈量子重力理論的物理學家，近期協助開發出量子重力的 causal dynamical triangulations 方法。
* 佛提尼・瑪可波羅卡拉瑪拉：物理學家，於迴圈量子重力理論與自旋網路這些領域中，研究將因果律列入考量的模型。
* 羅傑・潘洛斯：發明自旋網路與扭量理論的數學物理學家。
* 候爾黑・普林：協助開發迴圈量子重力理論的物理學家；《迴圈、結、規範理論與量子重力》共同作者。
* 卡洛・羅威利：迴圈量子重力理論創建者之一與主要貢獻者。
* 李・施莫林 — 迴圈量子重力理論創建者之一與主要貢獻者。
* 拉菲爾・索爾金：物理學家，量子重力中因果集方法的主要提倡者。
* 安德魯・施特羅明格：物理學家，主要研究弦論。
* 湯瑪斯・帖曼：物理學家，主要研究迴圈量子重力理論。
* 愛德華・維騰：首席數學物理學家，費爾茲獎得主，主要研究弦論與 M 理論。

## 相關條目

* 迴圈量子重力理論研究者列表
* 弦論研究者列表
量子阱

**量子阱**（英語：**Quantum well**）是指具有離散能量值的勢阱。

為了形成量子化，可以把能夠在三維空間自由運動的粒子束縛在一個平面區域。當量子阱的厚度達到載子（電子或電洞）對應物質波的波長相同的數量級時，量子束縛效應就可以發生，造成子能帶（energy subband），也就是說載子只能具有離散的能量值。

## 參考

* 盒中粒子問題
* 量子線，載子限制在二維。
* 量子點，載子限制在所有三個維度。

## 參考文獻
量子雷達

**量子雷達**是 21 世紀後萌發的新概念武器系統，為了應對隱形戰機逐漸普遍化的世界，防守方需要對抗的需求。

2008 年美國麻省理工學院的 Lloyd 教授首次提出了量子遠程探測系統模型。2012 年美國羅切斯特大學光學研究所的研究團隊聲稱研發出一種抗干擾的量子雷達理論，這種雷達利用光子碰觸到目標後產生的量子態變換來偵測，可以表徵量子「漲落變化」等微觀資訊，所以整個量子雷達靈敏度極高，雜訊基底極低，又幾乎不可能被電波干擾裝置擾亂，再加上能忽略工作頻段、雜波等，此種雷達探測隱形戰機的範圍理論上可達數十倍。

2012 年東京大學的團隊採用超導迴路，取得了微波頻段單光子態與後續壓縮態產生、接收技術的元件新突破。2013 年義大利的 Lopaeva 博士在實驗室中達成量子雷達成像探測，證明其有實戰價值的可能性。

2016 年 8 月中國電科 14 所「智慧感知技術重點實驗室」宣稱其成功研製單光子檢測量子雷達系統成品，在中國科學技術大學、中國電科 27 所以及南京大學等協作單位的共同努力下，完成了量子探測機理、目標散射特性研究以及量子探測原理的實驗驗證，並且在外場完成真實大氣環境下探測試驗，獲得了百公里級探測威力，探測靈敏度極大提高，指標均達到預期效果，並且可以發現現役的隱形戰機。

## 質疑

由於中國電科 14 所「智慧感知技術重點實驗室」所發表的量子雷達研製工作並未透漏太多實驗細節，因此該工作在學術界依然被受質疑。2019 年 11 月，美國麻省理工學院的 Lloyd 教授對媒體表達他對中國量子雷達工作的看法。Lloyd 教授認為由於中國方面並未提出太多可以支持他們所宣稱的實驗結果之細節，因此他認為中國量子雷達工作並未真正演示他們所宣稱的結果。

## 參看

* 電磁砲
* 電磁裝甲
* 天基動能武器

## 參考文獻
量子電子學

**量子光學**（英語：Quantum optics）是在 1990 年後成熟的新興物理學分支，是原子分子與光物理的一部分，也和冷原子物理緊密相連。與凝態物理、粒子物理學、宇宙學等其他成熟分支相比，在精密的實驗和理論上，有著緊密、具建設性的互動。量子光學以半古典物理學及量子力學來研究「光的現象」以及「光和物質在亞微觀尺度下的交互作用」。在 1960 年因為漢伯里・布朗及特維斯效應刺激而發展出理論基礎，討論不同程度的量子相干性，如 $g^{(2)}$ 為零，是典型的單光子量子源判准。主要研究光子和原子的量子交互作用，常見的實驗研究工具為雷射及離子井。

## 歷史

光在真空傳遞的能量及動量為量子化的，量子化對應著光子的粒子數，量子光學也就是研究量子化的光子本性和影響的學科，首先的重要發展在 1899 年，普朗克假設光的能量是以離散單位來發射，該假設正確描述了黑體輻射。隨後在 1905 年，愛因斯坦解釋光電效應的論文更進一步為量子化帶來證據，因此愛因斯坦榮獲了 1921 年的諾貝爾獎。尼爾斯・波耳指出光輻射的量子化假設與他的原子量子化能級理論相符，特別是氫的發射光譜。這些發展為光與物質之間的交互作用帶來的理解，對於整體量子力學的發展至關重要。然而，這項用於處理「物質 - 光交互作用」的量子力學子領域，主要被認為是對物質的研究而不是對光的研究；因此在 1960 人們稱其為「原子物理學」和「量子電子學」。對這些裝置的原理、設計、應用的研究使雷射科學成為一個重要的領域，當今研究雷射原理的量子力學，更加強調光的性質，因此人們也習慣了稱其為「量子光學」。

由於雷射科學需要良好的理論基礎，加上基礎的研究成果豐碩，人們對量子光學的興趣也隨之上升。繼狄拉克在量子場論領域的工作之後，在 1950 年代和 1960 年代，George Sudarshan、Roy J. Glauber 和 Leonard Mandel 將量子理論應用於電磁場，更詳細理解了光探測和光統計 (參見相干度 (degree of coherence))。這引入相干態的概念來解決雷射、熱光、奇異壓縮態等之間的變化問題，因為人們已經認識到光不僅僅為古典圖像中描述波的電磁場。1977 年，Kimble 等人展示了一次發射單光子的單原子，進一步地證明了光是由光子組成的。隨後發現了特徵與古典狀態不同的未知光量子態，例如壓縮光。

透過 Q 開關和鎖模技術開發了短脈沖和超短衝雷射脈衝，其發展開啟了超快過程的研究。

量子光學發現了固態方面的應用（例如拉曼光譜​​），也研究了光作用在物質上的機械力。後者可透過雷射束對光學陷阱或光鑷中的原子雲或甚至微小的生物樣品懸浮和定位。這個技術與都卜勒冷卻同為實現著名的玻色 - 愛因斯坦凝聚的關鍵。

其他顯著的成果有量子糾纏、量子隱形傳態和量子邏輯門。量子資訊理論部分來自量子光學，部分來自理論計算機科學，量子資訊領域對量子邏輯門非常感興趣。

今天量子光學研究人員感興趣的領域包括參量下轉換，參數振盪，甚至更短（阿秒）光脈衝，量子光學在量子資訊的使用，單原子的操縱，玻色 - 愛因斯坦凝聚，它們的應用，以及如何操縱它們（一個通常稱為原子光學的子場），相干的完美吸收器 (Coherent perfect absorber) 等等。量子光學術語下分類的主題中，現代術語｢光子學｣通常是指應用於工程和技術創新的學科。

多項諾貝爾獎授予了量子光學方面的工作。被授予者如下：

2012 年，Serge Haroche 和 David J. Wineland「開創了能夠測量和操縱單個量子系統的突破性實驗方法」。

2005 年，TheodorW.Hänsch，Roy J. Glauber 和 John L. Hall 

2001 年，Wolfgang Ketterle，Eric Allin Cornell 和 Carl Wieman

1997 年，Steven Chu，Claude Cohen-Tannoudji 和 William Daniel Phillips

## 觀念

根據量子理論，光不僅僅只被視為電磁波，也可以被看作在真空中以光速 c 行進的粒子流，稱為光子。這些粒子不該當作古典的撞球，而是量子力學中在有限範圍內以波函數描述的粒子。

每個光子攜帶一量子的能量，其值為 hf，h 為普朗克常數，f 為光的頻率。當原子發射出光子，光子的能量對應於內部離散能階的躍遷，物質吸收光子則是相反的過程，愛因斯坦對自發輻射的解釋也預測受激輻射的存在，受激輻射即雷射的原理，而雷射的發明則要等到多年後有了居量反轉的方法後才得以實現。

統計力學是量子光學的觀念基礎：光以場的創生算符與湮沒算符來描述，也就是以量子電動力學的語言來描述。

光場最常用到的態是 1960 由 E.C. George Sudarshan 引入的相干態，這種狀態可以用來近似描述高於雷射閾值的單頻雷射器的輸出，表現出帕松光子數統計，通過某些非線性交互作用，應用具超帕松光子統計或亞帕松光子統計的壓縮算符，可以將相干態轉換為壓縮相干態。這種光被稱為壓縮光。其他重要的量子觀點，與不同光束之間的光子統計相關。例如，自發參量下轉換可以產生所謂的「雙光束」(twin beam)，理想情況下，一個光束的每個光子與另一個光束中的一個光子相關聯。

原子被認為是具有離散能譜的量子力學振盪器，根據愛因斯坦的理論，能量本徵態之間的躍遷由光的吸收或發射驅動。

對於固態物質，人們使用固態物理的能帶模型。這對理解實驗中常用的固態元件如何偵測光是很重要的

## 量子電子學

量子電子學是一個術語，主要用於 20 世紀 50 年代到 70 年代之間，用來表示處理量子力學對物質中電子行為的影響的物理領域，以及它們與光子的交互作用。現在被其他領域所合併，很少被視為一個子領域，。固態物理學經常考慮量子力學，並且通常與電子有關。半導體物理即量子力學在電子學中的具體應用。該術語還包括雷射操作的基本過程，現在作為量子光學的一個主題進行研究。 這個術語的使用涵蓋了量子霍爾效應和量子細胞自動機的早期工作。

## 實驗

近三十年來重要的量子光學實驗包括：

* "which way" 實驗（Hong 等，羅切斯特大學）
* 「卡西米爾效應」實驗（卡普索等，哈佛大學）
* 「玻色–愛因斯坦凝聚」實驗（麻省理工學院）
* 「雷射冷卻和捕獲原子」實驗（朱棣文等，貝爾實驗室）
* 墨子號量子科學實驗衛星「星地雙向纏結分發實驗」與「空間尺度量子隱形傳態實驗」實驗（潘建偉等，中國科學院）

## 註釋

## 參閱

* 自發參量下轉換

## 外部連結
量子電路

**量子線路**或沿用古典稱呼而稱作**量子電路**，是在抽象概念下，對於量子資訊儲存單元（例如量子位元）進行操作的線路。組成包括了於量子資訊儲存單元、線路（時間線），以及各種邏輯閘；最後常需要量子測量將結果讀取出來。

實際上在以物理系統實踐量子計算機時，需要透過轉換，成為實際上的操作方式。例如在核磁共振量子電腦，就需要轉換成射頻，或者射頻搭配梯度磁場的磁振脈衝序列。

## 接線

不同於傳統電路是用金屬線所連接以傳遞電壓訊號或電流訊號；在量子線路中，線路是由時間所連接，亦即量子位元的狀態隨著時間自然演化，過程中是按照漢密頓算符的指示，一直到遇上邏輯閘而被操作。

## 邏輯閘

量子邏輯閘可以分為針對單一量子位元的操作，或者是使兩個位元發生互動關係。列舉如下：

### 單一位元操作

* 量子反閘（ (quantum) NOT gate）
* 相位偏移閘（phase shift gate）
* 旋轉閘（rotation gate）：旋轉閘為最廣義的單位元邏輯閘，事實上可以包括相位偏移閘、反閘等特例。

### 雙位元操作

* 受控反閘（controlled NOT gate）
* 受控相位偏移閘（controlled phase shift gate）
* 互換閘（swap gate）

### 邏輯閘通用性

事實上，任一種量子線路邏輯閘可以由單一位元邏輯閘與雙位元邏輯閘的結合運用所組成，這稱為**邏輯閘通用性**（universality of logic gates）。基於這個機制，可以利用旋轉閘和受控反閘組出對三個以上位元的操作。
量子霍尔效应

**量子霍爾效應**（Quantum Hall effect），是霍爾效應的量子力學版本。一般看作是整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的統稱。

整數量子霍爾效應由馬普所的德國物理學家馮・克利青發現。他因此獲得 1985 年諾貝爾物理學獎。
分數量子霍爾效應由崔琦、霍斯特・施特默和亞瑟・戈薩德發現，前兩者因此與羅伯特・勞夫林分享 1998 年諾貝爾物理學獎。

整數量子霍爾效應最初在高磁場下的二維電子氣體中觀測到；分數量子霍爾效應通常在遷移率更高的二維電子氣下才能觀測到。2004 年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈・海姆和康斯坦丁・諾沃肖洛夫，成功在實驗中從石墨分離出石墨烯，在室溫下觀察到量子霍爾效應。

## 重要意義

整數量子霍爾效應：量子化電導 ${\frac {e^{2}}{h}}$ 被觀測到，為彈道輸運（ballistic transport）這一重要概念提供實驗支持。

分數量子霍爾效應：勞夫林與 J・K・珍揭示渦旋（vortex）和准粒子（quasi-particle）在凝聚體物理學中的重要性。

## 數學基礎

霍爾效應中出現的整數是一些拓撲量子數。在數學中，它們被稱作陳數（Chern numbers），並且它們與貝利曲率（Berry curvature）息息相關。

## 整數量子霍爾效應

在二維系統中，一個古典意義上的自由電子受到外部磁場作用時，勞倫茲力會使它呈現圓周運動。以量子力學來描述，這些軌道是量子化的，能階是不連續的值：

　
: $\textstyle E_{n}=\hbar \omega _{c}(n+1/2),$

其中，_ωc = eB/m_ 是電子圓周運動的角頻率。 這些能階被稱為朗道能階。每個能階都是簡併的，在單位面積下可以容納 _N_ 個電子，

　
: $\textstyle N=g_{s}B/\phi _{0},$

_B_ 是磁場大小，_gs_ 代表自旋簡併，對電子來說是 2。當磁場很強，每個能階可容納的電子數量會變得非常巨大，所有自由電子幾乎都位在最低的幾個能階，此時可以觀察到量子化的電阻值變化。

## 研究前景

整數量子霍爾效應的機制已經基本清楚，而仍有一些科學家，如馮・克利青和紐約州立大學石溪分校的 V・J・Goldman，還在做一些分數量子效應的研究。一些理論學家指出分數量子霍爾效應中的某些平台可以構成非阿貝爾態（Non-Abelian States），這可以成為搭建拓撲量子計算機的基礎。

石墨烯中的量子霍爾效應與一般的量子霍爾行為大不相同，為量子反常霍爾效應 (Quantum Anomalous Hall Effect)。

此外，Hirsh、張首晟等提出自旋量子霍爾效應的概念，與之相關的實驗正在吸引越來越多的關注。

2010 年，中科院物理所的方忠、戴希理論團隊與拓撲絕緣體理論的開創者之一、史丹福大學的張首晟等合作，提出實現量子反常霍爾效應的最佳體系。

2013 年，中國科學院薛其坤院士領銜的合作團隊又發現，在一定的外加柵極電壓範圍內，此材料在零磁場中的反常霍爾電阻達到量子霍爾效應的特徵值 h/e2~ 25800 歐姆。2013 年 3 月 15 日，這個成果在線發表在《科學》雜誌上。 

這一發現可被用於發展新一代低能耗電晶體和電子學器件，進而推動資訊技術的進步。 

## 參見

* 石墨烯
* 霍爾效應
* 霍爾效應傳感器
* 朗道量子化
* 量子自旋霍爾效應

## 參考文獻
量子霍爾效應

**量子霍爾效應**（Quantum Hall effect），是霍爾效應的量子力學版本。一般看作是整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的統稱。

整數量子霍爾效應由馬普所的德國物理學家馮・克利青發現。他因此獲得 1985 年諾貝爾物理學獎。
分數量子霍爾效應由崔琦、霍斯特・施特默和亞瑟・戈薩德發現，前兩者因此與羅伯特・勞夫林分享 1998 年諾貝爾物理學獎。

整數量子霍爾效應最初在高磁場下的二維電子氣體中觀測到；分數量子霍爾效應通常在遷移率更高的二維電子氣下才能觀測到。2004 年，英國曼徹斯特大學物理學家安德烈・海姆和康斯坦丁・諾沃肖洛夫，成功在實驗中從石墨分離出石墨烯，在室溫下觀察到量子霍爾效應。

## 重要意義

整數量子霍爾效應：量子化電導 ${\frac {e^{2}}{h}}$ 被觀測到，為彈道輸運（ballistic transport）這一重要概念提供實驗支持。

分數量子霍爾效應：勞夫林與 J・K・珍揭示渦旋（vortex）和准粒子（quasi-particle）在凝聚體物理學中的重要性。

## 數學基礎

霍爾效應中出現的整數是一些拓撲量子數。在數學中，它們被稱作陳數（Chern numbers），並且它們與貝利曲率（Berry curvature）息息相關。

## 整數量子霍爾效應

在二維系統中，一個古典意義上的自由電子受到外部磁場作用時，勞倫茲力會使它呈現圓周運動。以量子力學來描述，這些軌道是量子化的，能階是不連續的值：

　
: $\textstyle E_{n}=\hbar \omega _{c}(n+1/2),$

其中，_ωc = eB/m_ 是電子圓周運動的角頻率。 這些能階被稱為朗道能階。每個能階都是簡併的，在單位面積下可以容納 _N_ 個電子，

　
: $\textstyle N=g_{s}B/\phi _{0},$

_B_ 是磁場大小，_gs_ 代表自旋簡併，對電子來說是 2。當磁場很強，每個能階可容納的電子數量會變得非常巨大，所有自由電子幾乎都位在最低的幾個能階，此時可以觀察到量子化的電阻值變化。

## 研究前景

整數量子霍爾效應的機制已經基本清楚，而仍有一些科學家，如馮・克利青和紐約州立大學石溪分校的 V・J・Goldman，還在做一些分數量子效應的研究。一些理論學家指出分數量子霍爾效應中的某些平台可以構成非阿貝爾態（Non-Abelian States），這可以成為搭建拓撲量子計算機的基礎。

石墨烯中的量子霍爾效應與一般的量子霍爾行為大不相同，為量子反常霍爾效應 (Quantum Anomalous Hall Effect)。

此外，Hirsh、張首晟等提出自旋量子霍爾效應的概念，與之相關的實驗正在吸引越來越多的關注。

2010 年，中科院物理所的方忠、戴希理論團隊與拓撲絕緣體理論的開創者之一、史丹福大學的張首晟等合作，提出實現量子反常霍爾效應的最佳體系。

2013 年，中國科學院薛其坤院士領銜的合作團隊又發現，在一定的外加柵極電壓範圍內，此材料在零磁場中的反常霍爾電阻達到量子霍爾效應的特徵值 h/e2~ 25800 歐姆。2013 年 3 月 15 日，這個成果在線發表在《科學》雜誌上。 

這一發現可被用於發展新一代低能耗電晶體和電子學器件，進而推動資訊技術的進步。 

## 參見

* 石墨烯
* 霍爾效應
* 霍爾效應傳感器
* 朗道量子化
* 量子自旋霍爾效應

## 參考文獻
量子靈魂

**量子心靈**（Quantum mind）或**量子意識**（Quantum consciousness），是一個科學猜想，認為經典物理不能解釋意識的產生，而量子力學現象，如量子糾纏和量子疊加，會在大腦的運行中起到關鍵作用，可能是理解意識的基礎。這不是一個單一理論，而是許多不同想法的集合。

## 歷史

尤金・維格納提出了量子力學與心靈活動有關的想法。他認為波函數由於與意識的相互作用而坍縮。弗里曼・戴森說：「正如能做出選擇的能力所體現的那樣，意識在某種程度上來說與每個電子都有內在聯繫。」

一些其他當代物理學家和哲學家認為這些觀點不可信。維克特・斯登格認為量子意識是「應該與神，獨角獸和龍相提並論」的「沒有科學依據」的「謬見」。

大衛・查爾斯（David Chalmers）反對量子意識。他反而討論了量子力學與二元意識的關係。查爾莫斯對任何新物理學解決知覺難題的能力持懷疑態度。

## 參見

* 量子力學
* 德布羅意 - 玻姆理論
* 心靈哲學
* 意識的困難問題
* 機械論
* 心智理論
* 量子腦動力學
* 量子神秘主義
* 協調客觀還原

## 參考資料

## 延伸閱讀

* Flanagan, Brian. _Are Perceptual Fields Quantum Fields?_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Hodgson, David. _The Mind Matters_. Oxford University Press, 1993.
* Koch, C. and Hepp, K., "Quantum mechanics in the brain", _Nature_ 440, 611 (30 March 2006)
* Litt et al., "Is the Brain a Quantum Computer?" （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, _Cognitive Science_ (2006)
* Lockwood, Michael. _Mind, Brain and the Quantum_. Cambridge, Massachusetts: Basil Blackwell Ltd., 1989.
* McFadden, Johnjoe (2000) _Quantum Evolution_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） HarperCollins. ISBN 0-00-255948-X; ISBN 0-00-655128-9 . Final chapter on the quantum mind.
* Pharaoh, M.C. (online). Looking to quantum mechanics for a reductive explanation of the noumenon of consciousness Retrieved June.21 2008.
* Schrödinger, Erwin. _Mind and Matter_. Cambridge University Press, 1959.
* Weyl, Hermann. _Mind and Nature_, University of Pennsylvania Press, 1934.
* Wigner, Eugene. "Physics and the Explanation of Life", in _Foundations of Physics_, vol. 1, 1970, pp. 34–45.

## 外部連結

* Center for Consciousness Studies （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, directed by Stuart Hameroff
* Online papers on consciousness （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Stanford Univ. Encyclopedia of Philosophy critical survey article Harald Altmanspacher (2006) _Quantum Approaches to Consciousness_ （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* "What is an Essentially Quantum Mechanical Effect?", Osvaldo Pessoa Jr.
* Quantum-Mind （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）