成电讲堂

　　10月19日，德国硬核科幻作家、物理学家布兰登·莫里斯为成电学子带来了主题为“量子世界的奇妙行为及其对科幻的影响”的讲座。

　　布兰登·莫里斯在自我介绍时表示，自己毕业于德累斯顿工业大学，主要从事物理学方面的研究，而“布兰登·莫里斯”则是他的笔名。很多人好奇他笔名中的Q代表什么，其实这源自于《星际迷航》中的一个角色。90年代，莫里斯大学毕业后，受迫于就业压力，选择进行科学传播工作，撰写一些科幻类的文章与故事，并达成总销量一百余万册的成就。莫里斯表示，他很喜欢现在的工作，这给予了他想象一些未来可能会发生的故事的机会。他创作的每一篇科幻作品都会涉及一种物理现象，并在书的最后一章通过通俗易懂的语言进行原理解释，为大众进行知识普及。

　　布兰登·莫里斯从四个方面出发，与大家探讨了量子物理方面“不确定性”“叠加态”“纠缠”和“弛豫与退相干”等概念。不确定性是指在量子世界中，我们很难通过精密的仪器确定某个物质所处的具体位置，并且物体的移动速度越快，所处位置的结果就越加不确定。这一点与宏观世界相反，否则我们去抓拍一辆超速的汽车，就会因为追求位置的绝对准确而难以判断是否真的“超速”了。

　　第二个概念是叠加态。莫里斯以“薛定谔的猫”为例，讲到被关在黑箱里的猫在没有得到确定结果的条件下，处在一种“既死又活”的叠加情况，进而引申出在量子世界中，一个物质可能会有两种形态，也有可能出现在两个不同位置，这在现实生活中是不可能发生的。不过，叠加态理论却可以应用到量子计算机的研制中，因为宏观条件下的“比特”仅会呈现0或1两种结果，而在量子世界中则可能出现0与1的任意叠加，所以在量子计算方面，它可以得出某个问题的所有答案。

　　随后，莫里斯讲到了“纠缠”的概念。如果两个物质处于纠缠态，那么一个物质属性的变化就会导致另一物质属性的变化。但在纠缠中最令人难以理解的是，它违背了人们对于“宇宙中最快的速度是光速”的认知：不管二者距离多远，纠缠带来的响应都是瞬时完成的。这样的理论在科幻小说的应用之处在于，如果我们把两个处于纠缠态的物体置于两端，便可以实现实时通信。只可惜，因为不确定性的存在，这样的思路在现实中是行不通的。但哪怕如此，纠缠态也可以用在量子计算方面，它可以让所有的量子比特同时开始计算。

　　莫里斯提到的最后的概念是弛豫与退相干。当一个微观粒子从激发态过渡到基态，这个过程就叫做弛豫，它是我们的研究从量子态过渡到现实世界的时候，必须要理解的一个概念；而退相干则类似于“薛定谔的猫”这一例子中把箱子打开的过程，由于退相干的时间远远小于弛豫的时间，这将会给量子计算的应用造成极大的困难。

　　讲完四个概念后，莫里斯解释了量子物理中的一些奇怪现象。量子芝诺效应告诉我们，在量子世界中测量某个物体的速度，必须要让它停下来；而隧道效应则表示，一个物体可能会从某处瞬间移动到另一地点。莫里斯进一步指出，量子力学难以理解的原因归根到底在于我们生活在广义相对论的世界中，对广义相对论的理解往往更深刻，但如果我们能将广义相对论和量子物理的研究结合起来，就有可能成为诺贝尔物理学奖下一届的得主。

　　讲座最后，莫里斯介绍了量子计算机的基本原理。在量子计算机中，所有物质都是以量子形态存在的，我们需要通过光子的帮助使其中的量子进入纠缠态，以便展开进一步计算，而离子阱作为其基本原理之一，需要用到超导循环的技术来将它投入应用。不过，新型的量子计算机也可以应用一些新兴技术，如通过机械共振器实现量子计算。

　　在提问环节，有同学问到莫里斯为何要从物理学家转变为科幻作者。莫里斯回答，继续科研或者做老师也是很好的选择，但是科幻作者这条路不但可以结合自己的科学研究，又能把某些研究成果和科学知识传递给更多的人；针对科幻小说文学性与科学性的选择方面，莫里斯指出，科幻写作首先要保证故事的科学原理是可行的，进而才能考虑文学性。不过在某些软科幻小说中可以适度淡化这一问题，因为其中的科学原理哪怕不符合现实，但不代表以后就不会出现；当被问及写小说时是立足量子物理知识构造故事还是先构想故事再结合量子物理知识时，莫里斯选择了前者，他往往从一个已被证实且清楚原理的科学事实出发，随后进行故事的构造；有同学结合今年诺贝尔奖颁给了量子与电子方面研究的时事，询问莫里斯对这一领域接下来研究方向的预测。莫里斯总结道，不管是过去、当下和未来，量子研究都在呈现出空间、时间双重缩小的趋势，而今年获得诺贝尔奖的研究成果，将会应用于医疗领域。