量子力學為近代物理學之基石,而 2025 年量子力學將問世滿一百週年,聯合國亦將 2025 年定為「國際量子與科學技術年」。量子力學的發展,始於科學家對「光」的本質之探究,本集節目邀請國立中央大學光電科學與工程學系的陳彥宏特聘教授,為大家解說「光」與「量子力學」的關聯,並探討當代光量子科技的應用前景。
傳統上,光普遍被認為是一種波動,然而牛頓等科學家也提出光具有「粒子」特性的證據。波動說與粒子說在科學界爭論數百年,直到愛因斯坦提出光電效應,驗證了光的波粒二象性,之後經由眾多科學家的不懈努力,於 1925 年,科學界對量子——物質的最小組成單位——建立了明確的定義,並開啟了量子力學研究新篇章。
與百年前僅能觀測光量子的行為相較,現今科學家雖無法完全操控光量子,仍可藉由預先設計的光路或晶體結構,引導光量子沿著特定路徑行進,以達成預期之實驗目的。此外,不同於電子的易操控性,光量子在操控上仍極具挑戰性,故短期內難以完全取代電子在現今科技的地位;然而,光量子不易受到環境因素或相互作用的影響,且可實現高能量、高頻率的傳輸,所以半導體產業早已提前布局矽光子研究,以期未來光量子能與電子互補,拓展電子元件的應用範圍。
跟其他量子比起來,光量子還有個特別的優點:它可以跑得很遠,而且很容易被我們看到,於是,科學家們常常拿光量子來做實驗,研究量子力學的奧秘,如量子糾纏。把一個能量很高的光量子,分成二個能量比較低的光量子,這二個光量子雖然分開了,但它們之間卻有很強的連結,當我們對其中一個光量子進行干涉時,另一個光量子也會同時發生變化,就好比雙胞胎的心電感應。
如果你對量子糾纏有些疑問未解,或想進一步了解光量子和量子力學的相關實驗,歡迎蒞臨中央大學,陳教授將透過實驗演示與深入的解說,引領大家探索量子世界的奧秘。
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