去聽「量子科技」演講
8/10下午去聽一場量子科技的課,不知能否聽懂百分之30?由台灣大學電機博士張勤煜教授主講。
茲摘記若干札記:
1、某一個物理量存在最小不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化的(不連續的),並且把最小單位稱為「量子(Quantum)」;量子不是粒子本身,而是粒子的狀態(不連續的)或是特性。理論上使用61 種「基本粒子」(36種夸克、12 種輕子、一種光子、8 種膠子、4 種玻色子)或由基本粒子組合而且的「複合粒子」都可以產生量子。
2、由於大部分基本粒子難以控制,因此目前常用來產生量子的基本粒子包括光子的偏振、電子的自旋或是複合粒子。
3、波粒二象性: 任何物質同時具有波動與粒子的雙重特性,電子因爲質量很小可以測出波動特性,棒球很大無法量測出波動特性。
4、材料的尺寸小於100 奈米(n m)以下的,造成原子大部分分部在表面,表面原子愈多,未鍵結電子愈多,化學活性愈強,與伝統固體不同。例如奈米金的顏色看起來是黑色及可作為催化劑不同於黃金的黃色及頓性。
5、量子局限效應(Quantum confinement effect ) : 材料的尺寸小於100 奈米以後,造成材料的光電磁聲等物理現象改變,與伝統的固體不同。例如、固態矽不會發光,奈米矽會發光,顆粒愈小,發光愈強,伝統半導體的發光顏色和材料種類有關,砷化鎵紅光、磷化鋁綠光、氮化鎵藍光。尺寸愈小,發光強度愈強,發光波長愈短(藍色,這個現象叫「藍移(Blue shift),具有這種現象的材料稱為「量子點」(Q Dot)., 使用量子點取代白光二極體的螢光粉稱為「量子點發光二極體」(QD-LED),以之作為背光源的液晶電視為「量子點電視」。
6、量子穿隧效果(Quantum tunneling effect): 塑膠、陶瓷都是絕緣體,電子無法穿透,但尺寸小於100 奈米以下實在太薄了,電子竞然可以任意穿透,稱為「量子穿隧效應」。電子產品的快閃記憶體、固態硬碟都是使用量子穿隧效應的原理儲存資料。
7、積體電路製程中氧化矽多用來作絕缘體,不能導電。但閘極長度小於100 奈米的氧化矽可能因量子穿隧效應必須改用其他材料,如六方氮化硼(h-BN)。
8、關鍵時刻?見光死?
目前的光電元件已經做出來、量產,量子理論(量子局限效應、量子穿隧效應)可用來解釋已經賣掉的電子元件。
但利用粒子的「量子糾纏(Entanglement )」與「量子疊加(Superposition 」 進行「量子計算」、「量子電腦」、「量子通訊」等創新應用,如果量子理論是對,還必須克制工程上的困難才能實現,如何量子理論𠕇錯,那可能變成幻想(見光死?)
9、量子疊加
10、量子糾纏
11、量子崩塌
12、量子退相干
量子電腦的量子位元之間維持量子糾纏的時間愈長愈好,但是目前大部分量子電腦的相干時間都很短。
13、量子的不確定性和不可複製原理
14、密碼學、加密金鑰
15、量子演算法
16、量子加密通訊
17、量子衛星
18、量子京滬幹線
19、量子電腦
20、量子計算
21、量子位元
23、量子𨗴輯閘
24、量子科技的困難
25、台灣未來的機會
(注: 札記者非專業))