量子力學有哪些前景？

03-11

應用方面和理論方面。
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原問題：怎麼用一句話總結量子力學的未來？

嗯……受邀答。原題要求一句話，我先完成這個：

量子力學前途無量，宇宙之內無所不包，沒有人離得開他。

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我覺得問得很有意思，我甚至一時語塞。容我說說量子力學的歷史，你就知道為什麼語塞了。

量子力學與其他物理分支的發展非常不同。一般來說是先有物理定律，然後數學抽象，不斷完善成理論。量子力學則是數學先行，我估計科學史上很難找到這樣的例子了（通信？）。起源的確是因為幾個物理無法解釋的現象，於是有人提出了一些理論只是去湊合著解釋這些現象，根據這些理論發展了一整套完美的數學體系，然後由這個數學體系預言大量的物理現象，結果竟然能真的與物理事實如此相符……天意啊。

因此對於理論方面的發展與未來，我認為量子力學本身，作為一個很數學的體系，已經像經典力學那樣成熟了，已經成為工具。量子力學有很多不能解決的事，但都不是量子力學本身有理論缺陷需要完善，而是怎樣使用量子力學的問題，或是怎樣將量子力學與其他物理分支統一起來的問題。與量子力學有關的前沿研究領域那就太多了……粒子物理，激光，冷原子，天體，納米，介觀物理，半導體，材料科學……現代物理我好像想不出哪裡沒用量子力學。

我覺得值得一提的有兩個方向：

將量子力學與廣義相對論統一起來的嘗試，比如弦理論，大統一理論，量子引力這些方向。這個方向在數學上的發展非常精彩，但是我覺得物理上不太靠譜（無法實驗），而且基本上沒什麼直接應用。
量子信息與量子計算，是量子力學與信息學、計算機科學的交叉，終極目標是發展出量子計算機和實現量子通信。同樣理論發展非常迅猛，技術上已經實現卻有很大的瓶頸，但是我覺得很有希望發生重大突破。應用舉例：如果實現高效的量子計算機，現在流行的基於素因子分解的密碼就不再安全了……好吧，這是犯罪的應用……不過量子通信和量子密碼都能讓保密性大大增加。

在晶元行業，摩爾定律就要被終結了。因為晶元做的越來越小，量子力學效應越來越明顯，如果我們想繼續發展這個工業，必須在微觀尺度進行量子級別的晶元設計。

任何一個看似合理，人類無法證偽的物理模型，前景都一樣……它是人類無法放棄的信仰……（然而量子……我還是不黑了……

應用方面：

量子計算，量子計算機已經在研發的過程中。雖然被人認為要40年以後才有可能有實際應用，但是預計它的計算能力將遠遠大於現有的電子計算機。很多現在不可能完成的運算都可以用量子計算機輕鬆完成。具體：http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_computer

另外還有量子密碼學，量子遙傳，激光等。