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title: '4. 進入量子世界 '
tags: [科普文章]

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# 進入量子世界 
當我們試圖理解量子電腦時，首先要進入一個與日常生活截然不同的世界—量子世界。在這個世界裡，物體的行為遵循著一套神秘而非直觀的規則。這篇文章將作為你的導覽，帶領你進入量子領域，為理解量子計算奠定基礎。

## 從日常到神秘
在我們的日常生活中，所有的東西都遵循一套明確的規則，即便你沒碰過物理，當你使出蠻力把球丟出去時，你也能從球一開始的運動軌跡，預判球接下來會怎麼飛，會落在哪裡，不僅如此，我們能用牛頓力學，考慮你投球的角度與力道、球的材質和形狀、當下的空氣阻力、風向，重力等等環境因素，更精確地計算球的運動軌跡和落地位置，計算誤差可以精確到只有毫米之差。

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    <img src="https://hackmd.io/_uploads/SJci04DT6.svg" alt="經驗世界" width="90%"/>
    <br>
    <p>在我們的經驗生活中，我們能精確預測球丟出去後的落地位置
    </p>
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當我們透過多拉 A 夢的縮小燈縮到只有原子尺度時，那些在日常生活中建立的規則還適用嗎？以前物理學家認為可以，並認為物理學已經發展完全，剩下只是把東西算得更準而已，結果實際上不是，在微觀尺度下，當你把微形球投出後，它落在的位置與你想像中不同，所以你撿起來再丟一遍，結果這次又出現在另一個地方，你無法預判這球到底會落在哪裡？甚至，你無法看到球在空中怎麼「飛行」，球丟出去的時後突然消失，然後在地上就突然出現，在你心中，你所熟悉的世界突然好不熟悉，你懷疑你所看到的一切，這就是當年物理學家的心情。

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    <img src="https://hackmd.io/_uploads/BkO30Nva6.svg" alt="量子世界" width="90%"/>
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    <p>但在量子世界中，相同的投球條件卻有不同的落地位置，而且我們看不到球在空中的飛行路徑（這裡是比喻）
    </p>
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在這微觀的世界中，你無法用熟悉的牛頓力學預言球會落在哪裡，你只能用機率表示，球有多少的機率會出現在這裡。

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    <img src="https://hackmd.io/_uploads/HydTRVDTp.svg" alt="量子世界：機率" width="100%"/>
    <br>
    <p>在量子世界中，我們只能預測球在每個地方的出現機率
    </p>
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不僅如此，在你習以為常的世界中，透過調整投球的角度與力道，就能把球投到任何你想要的地方，

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    <img src="https://hackmd.io/_uploads/S1FC0NP66.svg" alt="經驗世界" width="100%"/>
    <br>
    <p>在經驗世界中，精確地調整投球角度與力道，就能把球丟到我們想要的地方
    </p>
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但在微觀世界裡，球只會出現在特定幾個地方，其他地方你怎麼調整投擲力道和角度，球都不會出現在那裡，這種特定物理量（在這裡是指位置）表現出離散性而非連續性的特色，我們稱為「量子」，為了與牛頓力學做出區別，描述微觀世界的物理規則，就叫做「量子力學」。

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    <img src="https://hackmd.io/_uploads/B1Fl1SwaT.svg" alt="量子" width="100%"/>
    <br>
    <p>但在量子世界中，球只會出現在特定地方，其他地方完全不會觀察到球會出現在那，這種特性我們稱作「量子」
    </p>
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如果以前面的燈泡作為例子的話就是，在你習以為常的世界中，你按下按鈕，燈泡一定會亮，打開按鈕，燈泡一定會暗，你也能透過調整電壓和電流來控制燈泡的亮度要到多亮，然而，在原子尺度下的世界，你按下開關，燈泡不一定會亮，也有可能是暗，你只能用機率表示，像是我按下開關時，燈泡有 60% 會亮，剩下 40% 不會亮，另外，燈泡的亮度只有亮和暗兩種狀態，沒辦法調成微亮。

<div style="text-align: center;">
    <img src="https://hackmd.io/_uploads/SJ1bkSv66.svg" alt="量子燈泡" width="80%"/>
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    <p>以燈泡座舉例，在經驗世界中（只要燈泡沒壞），電源打開燈泡一定亮，你也能調整電壓與電流控制燈泡的明亮程度；在量子世界中，電源打開燈泡不一定會亮，但有 60% 的機會，當你看它時，它是亮的，而且燈泡要麻全暗要嗎全亮，中間的亮度都不會出現
    </p>
</div>

## 邁向量子電腦
以上，就是奇妙的微觀世界，這奇妙的現象促使人類發展出新的學科「量子力學」，讓我們對自然的奧妙又更接近一點，也幫助人類發展出更多新興科技，方便我們的生活，給我們更多體驗，也為我們的未來鋪路-量子電腦，在下一篇，我們會介紹微觀世界中的兩種奇特性質：**疊加態**與**糾纏態**，量子電腦就是用這兩個性質做計算，而達到比現在電腦更快的原因（在特定問題上）。

## 延伸閱讀
- **[俗說量子](https://www.youtube.com/watch?v=1d5RdTzKOVM)**：淺顯易懂地深入瞭解什麼叫做「量子力學」