講題 (title)：Taking the quantum leap: the second quantum revolution
演講者 (invited speaker)：陳則銘 特聘教授 國立成功大學物理學系
小編 (editor)：孔寧、林家揚、林亞琍
大綱 & 新知
如果你著迷於科幻電影，喜歡徜徉在浪漫的科學幻想之中，那你一定對「量子領域」這個詞不陌生，近幾年上映的「復仇者聯盟：終局之戰」也有類似的情節，也許這些電影橋段現在看起來非常不切實際，但是量子力學其實在理論以及技術上一直都在發展和進步，其中一個著名的理論便是「薛丁格的貓」，一隻毛絨絨的小貓被鎖在一個箱子之中，並在箱子內設置有一毒氣瓶，當一量子處在某特定狀態時，毒氣瓶會破裂而殺死小貓，但是若該量子處於另一個狀態，毒氣瓶將完好無損，在封閉的箱子內，量子是兩態共存的情況，也就是毒氣已經被釋放出來，卻又被封在毒氣瓶內，因此這隻小貓同時是活著的，也是死去的，在箱子打開的那一刻，量子疊加會瞬間瓦解，小貓也會瞬間被殺死或是存活下來，看起來很矛盾卻完美的詮釋了量子領域的概念。
在量子的尺度下一切是極其微小，就如同基本粒子一般，這樣的量子處在量子態(Quantum state)，也就是能夠同時存在於兩個狀態，這就是為甚麼薛丁格的貓可以同時處於生和死，那量子領域或者量子力學可以應用在甚麼地方呢? 答案是化學材料，舉一個例子來說，和日常生活最接近，最能想像的大概就是鉛筆，鉛筆的筆芯是由石墨烯所構成，是一種由碳原子排列出來的二維層狀晶體，但為什麼鑽石也是由碳原子組成，兩者卻差異甚大? 原因在於結構的堆疊方式，鑽石是以四面體的形式架構出來的三維結構，光是兩者結構不同就導致了差異性極大的物理和化學性質，而在量子力學的幫助之下，我們可以控制單一原子層的材料，利用這些原子層進行不同方式的疊合，又或者是堆疊不同種類的原子層材料，從而建構出各式各樣的材料性質，甚至是單純以特定角度旋轉單一原子層，都可能使材料的性質改變，這些性質各異的材料可以應用在不同面向的科技發展，一個更出名的例子就是「量子電腦」，傳統電腦以0和1兩個狀態來記錄數據，但因為量子可以同時存在兩個狀態，所以在非常龐大的數據之下，傳統電腦可能需要好幾年的運算，量子電腦卻能在幾秒內就處理完畢，雖然目前量子電腦在發展上依然有很多限制，但當第一台電腦被發明出來時，肯定也難以想像數十年後電腦科技會有如此進展，體積縮小到可以隨身攜帶，也具備了更強大的功能和演算能力，也許現在量子力學對大家來說還只是停留在科幻情節或者是科學家才會接觸的範疇，不過或許未來的某一天，量子力學會進展到成為我們常生活中的工具。
Q & A
Q1：為什麼近代的電腦又越變越大？
A1：量子電腦效能容易受到環境影響，需要零下270幾度的低溫才能運轉。整個低溫系統造就了量子電腦的龐大。
Q2：低溫如何達成？
A2：像電冰箱一樣，把熱用引擎向上帶，利用在超低溫也可以是液態的氦氣循環帶走熱。
Q3：0.01K／超低溫 是如何測量的？
A3：材料的電阻會隨溫度改變，因此可以透過觀測電阻來推算溫度。要注意測量的時候只能一次處理少量的電子，不然就會造成溫度上升。
Q4：疊加態會自然鍵結行程嗎？
A4：自然狀態下很難達成，需要利用核磁共振或熱擾動等方法協助達成。
Q5：真空可以達成低溫嗎？
A5：可以，但無法排除其他例如輻射等的干擾，所以在創造電腦的低溫環境時多半使用光子或是鑽石的技術。
Q6：量子電腦的運算能力可以快速解碼，那我們使用的密碼要怎麼辦？
A6：現在使用的傳統密碼無法抵擋量子電腦的解碼運算，但未來相關科技普及的時候，也會出現對應的量子密碼。
Key words：量子力學、原子層疊合、量子電腦
花絮照片：
