百年量子，群星閃耀時

一百年前，物理學(xué)的世界看起來井然有序，經(jīng)典理論似乎能夠解釋一切。然而，一個關(guān)于“高溫鐵塊會如何發(fā)光”的小問題，卻像一顆石子投入平靜的湖面，最終掀起了一場席卷整個科學(xué)界的巨大變革。這場變革的關(guān)鍵因素，名叫“量子”。

2025年，正是量子力學(xué)誕生一百周年。在這個特別的時刻，我們回顧這段不平凡的歷史，會發(fā)現(xiàn)這遠(yuǎn)不止是一堆復(fù)雜的公式和深奧的理論。

本期的封面故事，將帶你回到那個時代，去認(rèn)識一群非凡的科學(xué)家，他們的故事里有天才的奇思妙想、激烈的學(xué)術(shù)爭論，更有無畏的探索精神。

·1900年 量子假說 

我們會看到，這場革命的開端，源于普朗克一個被迫而為之的偉大假設(shè)，他本人卻長時間視其為一種數(shù)學(xué)技巧。

·1905年 光量子假說 

我們會看到，愛因斯坦，這位最早洞察到量子重要性的人，后來卻又為何終其一生都無法接受他親手開啟的那個充滿概率和不確定性的新世界，留下了“上帝不擲骰子”的著名感嘆。

·1927年 索爾維會議

我們還將置身于索爾維會議的唇槍舌劍之中，見證愛因斯坦與玻爾之間那場關(guān)于實(shí)在本質(zhì)、持續(xù)數(shù)十年的世紀(jì)論戰(zhàn)。

這是一群杰出的物理學(xué)家——其中海森伯、狄拉克等許多人當(dāng)時才二十幾歲——為人類構(gòu)建起了一座全新的物理學(xué)大廈。

從挑戰(zhàn)常識的“波粒二象性”，到揭示微觀世界內(nèi)在局限的“不確定性原理”，再到愛因斯坦口中“幽靈般的”量子糾纏，這些曾經(jīng)讓地球上最聰明的頭腦都感到困惑的迷思，如今已悄然走出象牙塔，化為我們手中的智能手機(jī)芯片、醫(yī)院里的磁共振成像，以及正在叩響未來的量子計(jì)算機(jī)。

當(dāng)我們談?wù)摿孔恿W(xué)的應(yīng)用，通常會提及兩次革命性的浪潮。第一次量子技術(shù)革命，利用量子理論被動地理解和使用量子現(xiàn)象，帶來了晶體管、激光、核能、磁共振等劃時代的技術(shù)，深刻改變了人類社會。然而，更令人激動的是，如今我們正身處第二次量子技術(shù)革命的浪潮之中。

圖：最早的晶體管

薛定諤在1952年寫道：“我們從不，也無法只用單個電子、原子或（小）分子來做實(shí)驗(yàn)。在思想實(shí)驗(yàn)中，如果我們假設(shè)可以做到，這總會導(dǎo)致與常識相悖的荒謬推論。”這表明在當(dāng)時，直接操控單個量子粒子仍是天方夜譚。然而，在過去五十年間，科學(xué)突破如星火燎原——2012年和2022年的諾貝爾物理學(xué)獎，正是授予了在操控單個量子系統(tǒng)和驗(yàn)證量子糾纏方面做出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)的科學(xué)家。這些進(jìn)展打破了長期以來的“思想實(shí)驗(yàn)”局限，使得主動操控和利用量子疊加、量子糾纏等“純量子”特性成為可能，開啟了以量子計(jì)算、量子通信和量子精密測量為核心的第二次量子技術(shù)革命。

在這次前所未有的科技浪潮中，中國科學(xué)家憑借超前的戰(zhàn)略布局和持續(xù)的研發(fā)投入，已在國際物理界扮演著重要角色。從實(shí)現(xiàn)星地量子糾纏的“墨子號”量子衛(wèi)星，到創(chuàng)造光量子計(jì)算優(yōu)越性的“九章”光量子計(jì)算機(jī)，再到用光子制備分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)，這些突出成就彰顯了中國在量子科技領(lǐng)域的奮進(jìn)，并為推動人類科技文明邁向下一個百年貢獻(xiàn)了關(guān)鍵力量。

圖：九章光量子計(jì)算原型機(jī)照片（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）

現(xiàn)在，請讓我們一起，跟隨這些群星般璀璨的名字，不僅為了理解量子力學(xué)是什么，更為了感受那些科學(xué)家們在探索未知時所經(jīng)歷的興奮、困惑與喜悅。這趟旅程，關(guān)乎科學(xué)，更關(guān)乎人類的智慧、勇氣與光芒。

文章作者

陳明城，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授。通過使用單光子、單原子和超導(dǎo)量子電路研究量子力學(xué)基礎(chǔ)和量子計(jì)算。曾獲得國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目、阿里巴巴達(dá)摩院青橙獎等獎勵。

陸朝陽，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)講席教授、世界青年科學(xué)家聯(lián)合會理事長。曾獲國家自然科學(xué)一等獎、何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎、科學(xué)探索獎、《自然》“中國科學(xué)之星”、歐洲物理學(xué)會菲涅爾獎、美國物理學(xué)會量子計(jì)算獎等獎勵。

1925年，一個建立在與以往完全不同原理上的新物理學(xué)誕生了，這就是“量子力學(xué)”。隨著量子力學(xué)登上歷史的舞臺，以前的物理學(xué)就成為了“經(jīng)典”。聯(lián)合國將量子力學(xué)誕生100周年的2025年定為“國際量子科學(xué)與技術(shù)年”。

量子力學(xué)與相對論共同構(gòu)成了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。歡迎閱讀《科學(xué)世界》2025年第9期，讓我們一起傾聽量子力學(xué)誕生與發(fā)展的百年故事吧。