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International Year of Quantum Science and Technology
国际量子科学技术年 (IYQ)
为促进全球合作、共同应对科学与技术领域的重大挑战,联合国大会于2024年6月7日宣布,将2025年定为“国际量子科学技术年 (International Year of Quantum Science and Technology, IYQ)”。本次活动旨在提升公众对量子科学及其应用重要性的认识,加强量子科技研究机构、研究人员及创新者之间的国际、多边、跨学科科学合作,缩小全球南北方在该领域的差距,并推动量子科技的可持续发展。
科普讲堂
量子力学发展史
量子科学的发展历程,是一部不断突破经典认知边界的探索史。普朗克提出能量量子化概念奠定理论基石,爱因斯坦以光量子概念阐释光电效应,玻尔提出原子模型解释氢原子光谱的量子化特征,海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学共同构成了量子力学的数学框架......每一座里程碑都标志着量子科学的突破性发展。
接下来,跟随我们共同回顾量子历史长河中的关键节点。
1. 奠基时期
•1900

1900年,为解释黑体辐射的问题,马克斯·普朗克 (Max Planck) 提出了量子假说,首次引入“能量量子化”概念。这一突破性理念颠覆了传统认知——自然界的能量并非连续分布,而是呈量子化状态,这一理念为量子力学的诞生埋下了关键伏笔。
•1905

光电效应一直较难用经典物理的知识来解释。直到1905年,阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein) 通过普朗克提出的“光量子”概念对光电效应进行解释,才在理论上被完全理解,并因此获得了1921年诺贝尔物理学奖。
•1913

尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 提出原子结构的量子模型,将量子化条件引入原子轨道,成功解释了氢原子光谱,强化了量子化在原子物理中的必要性。
2. 量子力学体系建立
•1925-1926

维尔纳·海森堡 (Werner Heisenberg) 提出的矩阵力学,埃尔温·薛定谔 (Erwin Schrödinger) 提出的波动力学 (薛定谔方程),分别用矩阵和波函数描述量子态,二者被证明是等价的,共同构成了量子力学的数学框架。这以概率性观点取代了经典决定论,彻底改变了人们对原子和亚原子行为的理解。
•1927

1927年,维尔纳·海森堡 (Werner Heisenberg) 提出确定性原理 (无法同时精确测量粒子的位置和动量),玻尔提出互补原理,这两者共同构成了量子力学的哥本哈根诠释 (Copenhagen interpretation,量子力学的标准诠释),使人们对原子和亚原子层面的现实本质有了深刻见解。
3. 量子力学应用与拓展
•1928

保罗·狄拉克 (Paul Dirac) 提出狄拉克方程 (相对论量子力学),巧妙地将量子力学与相对论结合,解决了理论间的不一致,并解释了电子自旋的产生,暗示反电子 (或正电子) 的存在。
•1935

阿尔伯特·爱因斯坦 (Albert Einstein)、鲍里斯·波多尔斯基 (Boris Podolsky) 和内森·罗森 (Nathan Rosen) 在联合发表的论文中质疑了量子力学的完备性。他们提出量子力学无法完整地描述物理现实,或许可以通过纳入难以接近或“隐藏”的变量,构建一个完整的、类似经典的理论,这一观点后被称为EPR佯谬。该观点的提出随后引发了量子纠缠的争论。
•1940s-1950

理查德·费曼 (Richard Feynman)、朱利安·施温格 (Julian Schwinger) 和朝永振一郎 (Sin-ltiro Tomonaga) 建立了量子电动力学 (Quantum Electrodynamics, QED),这是一种描述光与物质如何相互作用的量子场论,解决了电磁相互作用的问题。量子电动力学后来成为首个与实验结果达成精确吻合的量子场论,为粒子物理学标准模型的发展奠定了基础。
在量子场论的发展中,理查德·费曼提出了量子力学的路径积分表述,其中粒子的演化通过对所有量子力学上可能的轨迹求和来计算。他的路径积分表述已被证明对从量子场论到宇宙学等领域的许多理论发展都至关重要。
4. 量子信息时代
•1981-至今:量子计算与未来发展

1981年,理查德·费曼提出 (Richard Feynman) 提出“量子计算机”的构想,旨在模拟量子系统,并由此提出了量子计算的概念。这一开创性思想开启了关于量子算法的研究,并标志着量子技术体系的持续演进。
•共庆量子力学百年华诞

当下,量子技术发展迅速,已从研究实验室迈向密码学、优化算法与材料科学等工业应用领域。恰逢量子力学诞生百年,为纪念这一划时代的科学革命,MDPI特别推出相关主题活动,致力于推动量子领域的科学研究进程。
开放获取,智联全球
MDPI 量子力学百年纪念专题页

随着量子研究的复杂性与重要性日益提升,开放获取出版模式在加速科研成果广泛传播方面发挥了关键作用。为此,MDPI特别推出以“庆祝量子力学百年”为主题的英文活动专题页,汇集量子科学前沿研究成果及相关宣传活动,致力于促进该领域的全球知识共享与交流。
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