文小剛：我們生活在量子計算機里

　　來源：中國科學報

　　人類生活在一個怎樣的世界？

　　凝聚態理論物理學家、美國科學院院士、麻省理工學院終身教授文小剛的答案是，「我們生活在量子計算機裡面。量子信息是真實的，而所看到的各種物質、人，都是量子信息的虛擬反映」。

　　7月23日，文小剛做客中國科學院物理研究所，帶來了一場題為《物理的新革命——量子信息：物質和相互作用的起源》的科普報告。

　　世界絢麗多彩，物質性質各有不同，它們從何而來？我們如何認識它們？

　　在文小剛看來，我們對世界的認識是通過發現、統一，更多發現、更多統一的循環，一步步地深化。「每一次大統一，都可認為是物理學的新革命。而每一次新革命都為我們打開了新世界，許多基本概念和看問題的方式會發生變化，隨之描寫世界的語言、數學工具也會發生改變。」

　　歷史上的四次物理學革命，充分說明了這一觀點。

　　第一次是力學革命，英國物理學家牛頓統一天體運動和地面物體運動的規律，與此同時，他發展了微積分，以此作為數學工具描述牛頓方程；第二次是電磁學革命，英國物理學家麥克斯韋統一了電、磁、光3種貌似不相關的自然現象，還發現了新的物質形態——波形態，他使用的數學工具是纖維叢；第三次是相對論革命，愛因斯坦將時間、空間的彎曲和引力作用統一，在廣義相對論中預言了新型物質形態引力波的存在，其數學理論基礎是黎曼幾何。

　　通常而言，一個物理理論需要數學語言來描寫。

　　文小剛表示，牛頓非常了不起，不僅發現了物理定律，還發展了新的數學語言，使得物理理論能夠被寫出來。

　　而在第二、第三次物理革命中，數學家則走在了物理學家前面，新的數學工具先被發明，物理學家直接拿來使用。

　　第四次物理革命是量子力學革命。文小剛表示，當下，我們正處於第二次量子革命，「量子革命是最神秘、最不可思議的物理革命」。

　　他笑稱，這次革命的發生，是物理學家們「非常不情願的」，是由於發現了很多奇特的自然現象而發展起來的。

　　他認為，量子革命最本質的特徵是對「存在」的認識發生了根本性的改變。

　　這一「存在」的方式比我們想像的要多，就像「薛定諤的貓」，活是存在，死是存在，既死又活也是真實的存在。「這種認識是被逼出來的，沒有一個理論物理學家喜歡。」

　　這種認識顛覆了傳統的世界觀，即在量子世界，物質的存在既不是粒子也不是波，既是粒子也是波，即被稱為波粒二象性。

　　過去，牛頓認為物質有粒子形態，麥克斯韋、愛因斯坦又發現了波的形態。文小剛說：「量子革命，把物質的波形態和粒子形態統一起來了。」

　　文小剛表示，量子革命之所以意義重大，還在於數學工具也發生了「革命性」改變，即從前三次物理革命中運用的分析幾何語言發展為線性代數語言。「量子和代數的眼光，是非常獨特的看世界的眼光。」

　　關於量子力學的應用，文小剛認為，信息和物質是統一的，這也是第二次量子革命的本質。「能量是物質的性質，頻率是信息的性質，量子物理認為能量就是頻率，也就是說信息與物質是刻畫同一對象的不同表述，而能量和頻率是刻畫同一物理量的不同表述。由於歷史認識偏差，它們之間存在一個轉換係數：普朗克常數，就像斤與公斤一樣。」

　　「空間、物質起源於量子信息。」文小剛總結道，世界上所存在的物質，其所具備的奇妙性質都是由量子比特和量子糾纏產生的，而量子信息和量子糾纏處在第二次量子革命中心的地位。「描繪量子糾纏需要新數學，未來，除了融合範疇學，還需要高級範疇學、代數拓撲等各種現代數學的參與，它們將發揮重要的作用。」

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