相隔千里的粒子为何能“心灵感应”？
薛定谔的猫能同时“生与死”？
穿墙术真的存在吗？
“遇事不决，量子力学”
或许今天
你可以在量子世界中
找到上述问题的答案
今天是国际量子日
这个日子的设定可大有来头
——它源自量子世界的“身份证”
普朗克常数h
（约4.135667696×10-15 eV·s）
科学家们取其近似值“4.14”
将每年的4月14日定为
全球量子科普狂欢日
先来测测
你与量子世界的“纠缠度”吧
测测你的量子能量值
在浩瀚宇宙中
每一个生命的诞生都自带能量密码
输入你的生日
我们将用它和“普朗克常数”
来一场跨越经典与量子的奇妙碰撞！
快来测测看，
你，和普朗克常数有几分相似？
进入“PKU言之有物”公众号，在公众号对话框输入8位生日（如1999年12月25日输入19991225），即可获得你的专属你的量子契合度！
为什么选这一天？
因为
普朗克常数
是量子世界的“基本单位”
它像一把钥匙
打开了微观世界的大门
只要公式中出现了它
就意味着量子效应的引入
从1900年
普朗克首次提出“量子”概念
到如今量子计算、量子通信
蓬勃发展
这一天承载着人类
对微观奥秘的永恒好奇
量子科学实验卫星“墨子号”
量子世界三大“反常识”现象
01
量子叠加：
猫能同时“生与死”？
就像薛定谔的猫一样，量子粒子可以同时处于多种状态，直到被观测的那一刻才“坍缩”成确定结果。这种叠加态让量子计算机能并行处理海量数据，效率远超经典计算机。
艺术家眼中的“薛定谔的猫”
02
量子纠缠：
隔空传信的“心灵感应”
纠缠粒子即使相隔光年，也能瞬间共享状态。爱因斯坦称其为“鬼魅般的超距作用”，但正是这种特性支撑了量子通信的绝对安全性。
两个量子即使相隔万里也能有千丝万缕的联系（概念图）
03
量子隧穿：
穿墙术真的存在？
微观粒子能“穿越”看似不可逾越的能量屏障，这种效应在低温下经常存在。比如，它是扫描隧道显微（Scanning Tunneling Microscopy）技术的物理基础，也可以为低温下很多化学反应的发生提供微观机制。同时，它也可以为一些未来的能源技术提供灵感。
粒子波函数能穿过经典情况下无法穿越的势垒
2025年
量子科学年，百年辉煌再启程
2025年被联合国教科文组织定为“国际量子年”，纪念量子力学诞生100周年。
01
早期量子论的萌芽（1900-1924年）
- 1900 普朗克量子假说
德国物理学家马克斯·普朗克提出能量以离散的“量子”形式辐射，成功解释黑体辐射问题，标志着量子理论的诞生。
- 1905 爱因斯坦光量子理论
爱因斯坦提出“光量子”（光子）概念，解释光电效应，进一步验证量子假说。
- 1913 玻尔原子模型
尼尔斯·玻尔提出氢原子量子化轨道模型，结合经典力学与量子条件，解释原子光谱规律。
从左到右依次为普朗克、爱因斯坦、玻尔，他们通过上述对于量子力学的早起发展的贡献分别获得了1918年、1921年、1922年诺贝尔奖。
02
量子力学的建立（1925-1927年）
- 1925 矩阵力学
1925年，沃纳·海森堡发表《运动学和力学关系的量子力学重新诠释》，否定电子轨道概念，提出一种基于可观测量描述微观世界的新的力学理论。这就是我们常说的矩阵力学的一人文章。之后，马克斯·玻恩、帕斯夸尔·约当加入，并完成了两人文章（玻恩、约当，题为《关于量子力学》，1925年）、三人文章（玻恩、海森堡、约当，题为《关于量子力学II》，1926年初）。这三篇文章合在一起，构成了我们常说的矩阵力学。这是量子力学的最早的表述形式。
从左到右依次为海森堡、玻恩、约当，其中海森堡因创立量子力学和应用该理论发现氢的同素异形体，获得1932年诺贝尔奖；玻恩因对量子力学的基础性研究尤其是对波函数的统计学诠释，获得1954年诺贝尔奖
- 1926 薛定谔波动力学
埃尔温·薛定谔提出了电子在非相对论极限下的波动方程。这是量子力学的另外一种更为直观的表述形式。
薛定谔方程
- 1926 波函数的统计性解释
针对薛定谔的波动方程中的波的物理意义，1926年，玻恩基于散射问题的研究，指出其模的平方代表着微观粒子出现在某状态的几率。
- 1927 测不准关系与互补性原理
之后，基于玻恩、约当在其两人文章中提出的位置、动量不对易关系，海森堡提出测不准关系，揭示出微观粒子位置与动量无法被同时精确测量这样一个量子力学的基本规律；针对此关系，玻尔把它上升到了一个哲学的层面，将其描述为互补性原理。
海森堡不确定度关系
至此，量子力学的理论框架基本成型。
03
理论完善与应用拓展
- 1930-1970年代·量子场论与标准模型
1928年，狄拉克将量子力学与相对论结合，预言反物质；之后，量子电动力学（QED）、量子色动力学（QCD）等新理论又被相继提出。同时，人们也认识到了弱相互作用、强相互作用，并提出了标准模型来解释更为基本的粒子结构。上世纪二十年代得以建立的量子力学理论得到了进一步的发展，科研人员基于这些新理论开展了一系列新的研究。
高能标标准模型高精度计算：《科学》专题报道北京大学物理学院马滟青课题组在微扰量子场论研究中的突破性进展。
非微扰能标强相互作用高精度计算：北京大学物理学院冯旭课题组基于国产超算，首次精确计算了光子–W玻色子圈图的贡献，解决了困扰CKM物理领域四十余年的理论难题。Phys. Rev. Lett. 124, 192002 (2020), Phys. Rev. Lett. 132, 191901 (2024)
- 后期·技术应用的创新
量子理论催生半导体、激光、核磁共振等技术，奠定现代信息技术基础。
激光是基于量子效应产生的单色性强、亮度高、定向性好的优质光源。北京大学物理学院马仁敏课题组实现了原子级特征尺度与可重构光频相控阵的纳米激光器，该项成果荣获2024年度“中国科学十大进展”（图源：新华社）
04
现代量子科技革命
- 量子计算
量子计算基于量子比特（Qubit）的叠加和纠缠特性。与传统二进制比特（0或1）不同，量子比特可同时处于0和1的叠加态，且多个量子比特通过纠缠实现状态关联。n个量子比特可同时表示2ⁿ种状态，这种指数级并行性使其在处理复杂问题时具有显著优势。例如，量子计算模拟分子结构和化学反应，加速新材料和药物设计。
北京大学物理学院王剑威课题组利用集成光量子芯片，在国际上首次实现了连续变量簇态量子纠缠，为未来量子计算、通信等领域实际应用提供了一种制备大规模纠缠态的方案(Jia X, Zhai C, Zhu X, et al. C[J]. Nature, 2025: 1-8.)
- 量子通信
量子通信基于量子密钥分发（QKD）和量子不可克隆原理，确保信息传输无法被窃听，保证信息传输的安全性。基于纠缠态实现量子信息的远距离传输，无需物理载体。例如“墨子号”量子卫星实现了星地间的量子通信。
量子网络就像未来互联网的“量子版”。北京大学物理学院王剑威课题组设计、加工了一批性能高度一致的光量子芯片，搭建了一个多维度，能够稳定传输高维量子纠缠态的量子纠缠网络，并且提出量子纠缠自修复方法。(Zheng Y, Zhai C, Liu D, et al. [J]. Science, 2023, 381(6654): 221-226.)
- 量子传感
量子传感利用量子态对外界物理量（如磁场、重力、温度）的敏感性进行测量，可以探测极其微弱的信号，大幅提升测量精度。 例如量子陀螺仪通过测量原子运动，比传统GPS更精准，甚至在地下、水下等无信号区域也能精确定位。
量子传感技术基本架构
量子力学或许颠覆了
我们对世界的认知
但它也让我们看到
宇宙的奥秘远比想象更精彩！
今天，就用一个“量子能量值”
开启你的科学探索之旅吧
来源：北京大学