量子时代离我们有多远？

量子时代离我们由多远？作为985院校物理系，应用物理专业的毕业生，自认为有资格回答这个问题。我的答案是：我们已经生活在量子时代，量子力学的应用已经渗透到我们生活中的每一个角落。下面选择一些有代表性的案例，看看这些年都有哪些量子力学的应用成果：

最早的量子应用：1900年，用量子概念实现钢水温度测量

19世纪末，欧洲的钢铁工业迅速崛起，为了冶炼更高品质的钢铁，就产生了对炉温精确检测的需求。工程师们当然选择把这个任务交给了物理学家们去研究。

物理学家们的办法跟中国古人通过炉火的颜色来判断烧陶瓷的炉温原理是一样的：颜色对应炉温。只不过颜色判断误差很大，物理学家们为了精确标定温度采用了波长。

不同颜色的光对应着不同波长，这是当时的科学家们都知道的。只是肉眼能识别的颜色（波长）范围没有直接测量波长来得精确。

寻找波长和温度之间关系的过程，在仪器测量学中叫做标定。其中普朗克找到了一个全波谱的对应关系式，解决了温度和波长之间的对应关系的数学表达。从而完成了工程师们交付的炉温测量任务。

这个数学表达式的一个关键处理方法就是：需要把能量看作是一份一份的，不连续的，即能量的量子化。尽管此时，普朗克还没有意识到，能量量子化背后的科学意义，但量子时代就是这样悄无声息地到来了。

次早的量子应用：1929年，出现了光电管，开启了人类的影音时代

光电倍增管是将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件，其物理学原理源自光电效应，即光能生电。1905年，爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》，对于光电效应给出解释。

他将光束描述为一群离散的量子，现称为光子，而不是连续性波动。对于马克斯·普朗克先前在研究黑体辐射中所发现的普朗克关系式，爱因斯坦给出另一种诠释：频率为f的光子拥有的能量为E=hf ；其中， h因子是普朗克常数，这对波粒二象性概念的提出有重大影响。

50年代中期，可见光波段的硫化镉、硒化镉、光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用。50年代末，美国军队将光敏电阻和短波红外硫化铅光电探测器投入使用，用于代号为“响尾蛇”的空空导弹，取得明显作战效果。

1970年，CCD图像传感器在Bell实验室发明，依靠其高量子效率、高灵敏度、低暗电流、高一致性、低噪音等性能，成为图像传感器市场的主导。90年代末，步入CMOS时代。

如今这种基于量子力学原理的光电感应器普遍应用于数码相机、摄像头、手机拍照、电视、电影的发射和图像传送、冶金、电子、机械、化工、地质、医疗、核工业、天文和宇宙空间研究等领域。

第三、量子力学理论预言了激光，带来了信息技术的革命

1917年，爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。

这是1917年，为后来的激光的发现奠定了理论的基础。激光的英文laser 这个词是由最初的首字母缩略词LASER演变而来，LASER的意思是“受激辐射光放大器”英文的单词的缩写简略。

1953年，美国物理学家查尔斯·哈德·汤斯和他的学生阿瑟·肖洛制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年，C.H.汤斯和A.L.肖洛把微波量子放大器原理推广应用到光频范围。

1960年，T.H.西奥多·梅曼制成了第一台红宝石激光器。1961年，伊朗科学家A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年，R.N.霍尔等人创制了砷化镓半导体激光器。2013年，南非科学与工业研究委员会国家激光中心研究人员开发出世界首个数字激光器，开辟了激光应用的新前景。

没有量子力学就不会有激光技术、没有光纤通信、就没有今天的互联网、没有激光治疗近视眼的手术、没有CD光盘、没有LED照明、没有平板电视、更不会有激光电视。

结束语——我们已经生活在量子时代

应该说，我们现在已经生活在量子时代，量子力学的研究成果已经渗透到了生活中的每一个角落。但这里必须要说明的是，尽管如此，如今这些应用还只是量子力学的初级应用，都还是比较简单的量子效应。

而量子计算的应用，应该算作是下一代量子技术的应用，因为它深入到量子力学的另外一个重要特征——相位。这里不是我们进行技术讨论的地方，不多做解释了。有兴趣的小伙伴可以看看我的文章，有关于量子力学相位方面的介绍。

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