量子在物理学和计算机中的定义

什么是量子?

量子(复数:quanta)是现象的最小离散单位。例如，光的量子是光子，电的量子是电子。Quantum来自拉丁语，意思是“数量”或“多少?”如果某物是可量化的，那么它就可以被测量。

物理学中的量子是什么?

量子在物理学中的现代应用是由马克斯·普朗克在1901年创造的。他试图解释黑体辐射以及物体在受热后如何变色。他没有假设能量以恒定波的形式发射，而是提出能量以离散的包或束的形式发射。这些被称为能量量子。这使他发现了普朗克常数，这是一个基本的普遍值。

普朗克常数用h表示，它将一个光子的能量与光子的频率联系起来。进一步的单位由普朗克常数衍生而来:普朗克距离和普朗克时间，它们描述了距离的最短有意义单位和时间的最短有意义单位。对于更小的物体，维尔纳·海森堡的测不准原理使测量变得毫无意义。

量子的发现和亚原子粒子的量子性质引发了物理学的一场革命。这就变成了量子理论或量子力学。量子理论描述微观粒子的行为;爱因斯坦的相对论描述了宏观事物的行为。这两个理论是现代物理学的基础。不幸的是，它们涉及不同的领域，物理学家不得不寻找所谓的万物统一理论。

亚原子粒子的活动方式是与直觉相悖。单光子量子的光可以同时穿过一块材料的两个狭缝，如双缝干涉实验。薛定谔的猫是一个著名的思想实验，它描述了叠加态的量子粒子，或者概率波形没有坍缩的状态。粒子也可以成为量子纠缠，导致它们在一段距离内立即相互作用。

什么是量子计算?

量子计算利用亚原子粒子的特性来进行计算，而不是像经典计算那样使用电信号。量子计算机使用量子位而不是二进制位。通过对量子比特的初始条件进行编程，量子计算可以解决叠加态崩溃时的问题。量子计算机研究的前沿是将更多的量子比特连接在一起，从而能够解决更大、更复杂的问题。

量子计算机执行某些计算的速度比传统计算机快得多。为了找到一个问题的答案，传统计算机需要一次一个地遍历每个选项。对于某些类型的问题，可能需要很长时间才能完成所有选项。量子计算机不需要尝试每一个选项;相反，它们几乎可以立即解决问题。

量子计算机可以比经典计算机更快地解决质数分解和旅行点推荐问题。一旦量子计算机显示出比经典计算机更快解决这些问题的能力，量子霸权就将实现。

质因数分解是现代密码系统保障数字通信安全的一项重要功能。专家们目前预计，量子计算机将使现有的加密系统变得不安全和过时。

开发后量子密码学的努力正在进行中，以创建能够抵抗量子攻击的算法，但仍然可以被经典计算机使用。最终，全量子密码学将用于量子计算机。