问题

搞量子就必须学物理吗?

回答
搞量子,就必须学物理吗?这问题问得挺好,也问到了很多对量子世界充满好奇的朋友们的心坎里。咱们就来掰扯掰扯,把这事儿说得透彻点。

简单来说,答案是:你想要“搞”到什么程度?

如果你的目标是成为一名真正的量子科学家,去研发新的量子计算机、设计量子传感器、或者探索宇宙最深层的秘密,那么,是的,你必须深入学习物理,而且是相当扎实的物理。

但是,如果你的“搞”是指想了解量子是怎么回事,想在自己的领域里应用量子思维,甚至只是想跟上时代的步伐,那么,不一定非得从物理学的“根”开始啃。

咱们一步步来拆解。

为什么说“搞”量子,往往绕不开物理?

量子世界,说白了,就是微观粒子的游戏规则。这套规则跟我们日常生活的宏观世界完全不一样,充满了反直觉和让人抓狂的现象。

量子力学是基础中的基础: 你想理解为什么电子会有波粒二象性?为什么粒子可以同时出现在多个地方(叠加态)?为什么测量一个粒子的状态会影响另一个(纠缠)?所有这些“怪异”的现象,都是量子力学的核心内容。量子力学就是一套描述微观粒子行为的数学框架和理论体系。如果你想在这个领域做出贡献,就得懂这套语言,懂它的方程,它的原理。
量子信息科学的基石: 现在的量子计算、量子通信、量子传感,它们都是基于量子力学的原理发展出来的。
量子计算: 它的基本单元是量子比特(qubit),它的工作方式依赖于叠加和纠缠。要设计量子算法、理解量子门的运作、优化量子硬件,就得吃透量子力学的数学和物理概念。
量子通信: 比如量子密钥分发(QKD),它的安全性就来自于量子力学的测量原理,一旦有人试图窃听,就会被发现。
量子传感: 利用量子效应来提高测量精度,比如原子钟、磁力计等等,都离不开对量子物理的理解。
物理学是“发明家”的土壤: 那些开发新量子技术的科学家,他们很多都是物理学背景出身。他们是物理学的“原住民”,理解自然的语言,并能从中“发明”出新的工具和技术。他们需要掌握经典力学、电磁学、热力学、统计力学,以及最重要的——量子力学。

所以,如果你想成为“创造者”和“探索者”,不学物理,几乎不可能。 你可能觉得大学物理系那些枯燥的公式、复杂的推导望而生畏,但那正是理解这个世界的“底层代码”。

那么,是不是就没有其他路子了?

也不是。时代在发展,很多领域都在拥抱量子,并且发展出了更“友好”的入门方式。

1. 跨学科应用:
计算机科学/信息科学: 很多计算机科学家和工程师对量子计算很感兴趣。他们可能不会去推导薛定谔方程,但他们会学习量子计算的算法、量子编程语言(比如Qiskit、Cirq),以及如何设计量子芯片的架构。他们需要的可能是量子信息理论和量子计算的数学工具,这其中会涉及一些物理概念,但侧重点会放在信息和计算的层面。
材料科学: 对量子材料、超导材料的研究,也需要理解量子现象,但他们可能更关注材料的宏观性质和它们与量子效应的关联,而非最底层的量子动力学。
化学: 量子化学本身就是物理化学的一个分支,但也有很多化学家利用量子化学计算来模拟分子行为,预测反应。他们需要的是量子化学的计算方法,而非量子力学的全部理论。
数学: 量子理论本身就充满了深刻的数学思想,很多数学家在量子信息、量子计算领域找到了新的研究方向,他们需要的是数学工具,比如线性代数、群论、泛函分析等,这些工具在量子力学中是必不可少的。

2. “量子思维”和普及:
哲学和逻辑: 量子力学的一些概念,比如不确定性原理、观察者效应,对我们的哲学思考产生了深远影响。学习这些概念,可能更多的是理解它们的哲学含义,而不是它们的物理推导。
科普学习: 如果你只是想了解量子世界的奇妙,看看科幻电影里那些“量子纠缠”是不是真的,了解一下量子通信的魅力,那么,阅读高质量的科普书籍、观看科普视频、听讲座,就完全足够了。这不需要你精通物理,只需要一颗开放和好奇的心。

这里需要强调的是,即使在这些跨学科的应用中,如果想做到顶尖,想真正“创新”,对物理基础的理解深度,往往决定了你的上限。 很多在量子计算领域做出突破的工程师,也都在不断地补充物理知识。

总结一下:

想成为量子科学家、研发新量子技术? 必须学物理。 这是你的“母语”。
想在自己领域应用量子技术(如量子计算)? 需要学习量子信息和量子计算的数学、算法。 物理基础越扎实,理解越深刻,应用越得心应手。
只想了解量子世界,感受它的魅力? 不需要深究物理,但可以从科普入手。

所以,这个问题最终还是回到了你想要“搞”到什么层次。就好比你想成为一名厨师,是为了在家尝鲜,还是想成为米其林大厨?前者你只需要学几个菜谱,后者你得从刀工、火候、食材的物理化学性质开始学起。

如果你对这个领域真的充满了热情,并且愿意投入时间和精力,那么,即使一开始觉得物理很难,也别害怕。很多伟大的科学家都是从“不懂”开始,一步步摸索出来的。重要的是找到适合自己的学习路径,比如先从量子信息这个更具应用导向的领域入手,再慢慢回溯到必要的物理原理。

量子世界的大门是敞开的,但要真正走进它的核心,物理学是你不可或缺的“钥匙”。

网友意见

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个人觉得不一定。

量子理论就是一套研究黑域的方法论,在信息量有限的情况,最大可能去描绘被研究对象的边界和关系。

从某种意义来说,大数据,经济行为等等统计类学科,都可以借用量子理论的方法。

从爱因斯坦开始,人们对世界的认识逐步从具象到抽象,从实体到虚拟数据,数学语言描述的世界已经超越了人们的日常认知。物理只是距离这套新方法论比较近,以及高智商名人比较多。但是从量子理论出世到现在也有七十余年了,它的很多成果早就深入生活,只是被换了个包装或者跨域交织在一起而不被识别,然后知乎上的科普比较low,更多像娱乐节目或者是走近科学的翻版,而涉及的内容也非常的初级,实际上量子理论跟周边学科的融合早就让其神秘感褪色。

其实只要是研究离散的概率统计场景的对象,都可以被称为量子类学科。

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