联合国大会正式将2025年命名为国际量子科学技术年(IYQ)。这项由联合国教科文组织支持的全球倡议致力于改进量子力学,并强调其在现代科技进步中的关键作用。联合国于2023年通过的正式决议呼吁全球合作,以协助量子技术的发展和理解,确保其对人类的积极影响。量子物理学,即对物质和能量在最低尺度上的研究,改变了我们对宇宙的认识。
与描述行星运动和普通物体行为的经典物理学不同,量子力学关注的是亚原子粒子,如电子、光子和夸克。这个微观世界遵循不寻常的原理,例如粒子同时存在于几个状态,或者两个粒子在长距离内纠缠并相互影响。这些量子现象产生了半导体、激光和MRI机器等技术,这些技术在当代医学、通信和计算中至关重要。可持续发展
然而,量子力学改变了我们对现实的基本理解,产生了悖论,并挑战了关于宇宙如何运作的长期观念。
海森堡测不准原理以德国物理学家维尔纳·海森堡的名字命名,是量子力学中最广为人知的定律之一。该原理指出,不可能绝对确定地知道粒子的位置和动量。我们对其中一个了解得越多,对另一个了解就越少。这种方法通过在量子水平上为宇宙引入概率特征,深刻地破坏了经典决定论。联合国的宣言与《2030年可持续发展议程》中概述的全球目标是一致的。
量子技术有可能通过解决气候变化、能源、粮食安全和清洁水等领域的重要问题来帮助实现可持续发展目标。例如,量子计算是最有前景的研究领域之一,有可能显著加快新材料的发现,从而产生更有效的太阳能电池、电池,甚至从大气中捕获碳的系统。量子传感器可用于以极高的精度监测环境变化,协助防灾和环境保护。IYQ倡议将作为一个平台,展示如何利用量子技术来推进这些全球目标。
Werner Heisenberg是量子物理学的奠基人,对我们理解量子环境做出了重大贡献。海森堡因发展量子力学而于1932年获得诺贝尔物理学奖,他的工作对科学技术产生了长期影响。他的不确定性原理于1927年首次提出,现在是量子理论的基石,强调了人类知识在测量宇宙最小建筑元素方面的局限性。不确定性原理揭示了关于宇宙的一个基本真理:我们越努力理解粒子的一个元素,我们对另一个元素的了解就越少。
这一想法对粒子物理学等学科产生了重大影响,研究人员利用它来研究基本粒子的行为。量子技术正在快速发展,科学家和工程师创造了有可能改变行业的新应用。量子计算是量子研究中最有趣的领域之一。与利用比特作为基本信息单位(0或1)的经典计算机不同,量子计算机采用量子比特,由于叠加,量子比特可以同时处于几种状态。这使得量子计算机能够以经典机器无法达到的速度进行复杂的计算。
量子计算机具有彻底改变密码学、材料科学和药物发现等领域的潜力。例如,它们可以破解当前的加密方法,从而实现更安全的通信系统。在药物发现方面,量子计算机可以在经典计算机无法实现的细节水平上模拟分子相互作用,从而加快新药的开发。另一个值得关注的领域是量子通信。量子纠缠是一种两个粒子相互连接并立即相互影响的现象,无论距离多远,都可以实现超安全的通信信道。
这可能会导致量子互联网的发展,信息可以在绝对安全的情况下传输,从而可能改变金融、国防和医疗保健等行业。伦理考虑
量子研究,就像任何创新技术一样,都存在障碍和伦理考虑。例如,量子计算的进步引发了关于数据安全和隐私的问题。保护互联网通信和金融交易的当前加密技术可能会随着能够破解它们的量子计算机的引入而过时。这导致了对“量子安全”加密技术的争夺,这些技术可以在量子计算机的强大功能下生存下来。
此外,量子技术的发展必须负责任地进行,确保优势在国际上共享,而不是集中在富裕国家。从这个意义上讲,联合国在国际量子年期间对国际合作的重视至关重要,因为它促进了公平获取量子发展并防止了技术分歧。包容性是科学史上的一个重要转折点,2025年被指定为国际年。随着量子力学继续改变我们对宇宙的看法并刺激技术创新,我们必须增加公众知识,鼓励科学家、教育工作者和政策制定者之间的合作。
该联合国项目展示了量子技术如何以前所未有的方式解决全球问题并改善人类生存。很明显,在我们展望未来时,量子研究是开辟知识和技术新前景的关键。