2018 二月號
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第148期電子報  出刊日期:1070222

科學新文摘

量子電腦—量子科技時代的來臨

張為民/現任國立成功大學物理系特聘教授。研究專長為量子電腦、量子場論、凝態物理、量子光學到量子非平衡統計的各種物理問題。

相對於人工智能,自從AlphaGo 打敗一大群世界圍棋冠軍無敵手,而AlphaGo Zero 又通過自主學習輕鬆打敗AlphaGo,你即使不太懂人工智能的工作機制,似乎也可以似懂非懂地講講人工智能的偉大遠景。然而,對於量子電腦,雖然時不時看到量子電腦的最新進展報導,特別是Google 與IBM 兩大科技公司在量子電腦研發上的白熱化競爭,使人們對量子電腦充滿了好奇,但如果你對「量子」了解不夠深入的話,大概無法給量子電腦說出個所以然。

而事實上,對於人工智能,它的基礎研究還處在非常初級的階段,像神經網路與機器深度學習,電腦視覺與自然語言處理等技術發展遠超越相應的科學理論發展。相反地,量子電腦是以20 世紀初建立起來的量子物理為其科學基礎。描述微觀世界(原子尺度)的量子物理及描述高速運動(接近光速)的相對論是過去一個世紀物理科學發展的基石,但量子理論至今仍然是人類對大自然現象所知道的最神奇又最詭異的科學理論。

量子是什麼?
量子不是原子、分子等構成我們自然界各種物質那樣的粒子,但它卻是揭開自然界所有已知基本粒子之神秘面紗的天使。量子物理詭異的觀測隨機性,讓提出量子概念的先驅者之一愛因斯坦為之大動肝火:「上帝不擲骰子」;也讓量子學說的創立者、奧地利物理學家薛丁格(Erwin Schrödinger)曾對別人說:「我為對於量子力學的研究感到抱歉。」

其實,量子是一種概念,而不是一種東西,量子力學是描述自然界物質狀態的一個方式。自然界一切物體的運動分為粒子運動(如地球繞太陽的轉動)及波動(如傳遞訊息的電磁波)。量子物理告訴我們,一切物體及各種運動都同時具有粒子與波動二種特性,而當物體很大時,波動的特性不容易觀察到,因此人們用牛頓力學來描述粒子的運動。但當考慮的對象很微小時,像物體中單顆電子的運動,電子的波動是它的主要特性。這樣,束縛在物體內的電子,它的動量及能量會被量子化。薛丁格因此提出了描述物質的波動方程,建立了量子力學。

正是這樣的量子物理告訴我們,物質除導電與不導電外。還有「半導電(半導體)」,從而產生了半導體工業革命,改變了人類文明的生活模式。也正是愛因斯坦,用量子的概念發現光電效應,人們由此開發的光電商品,從搖控器、數位相機、雷射到太陽能電池等。而奇妙的量子穿隧效應使人們發展出掃描穿隧顯微鏡(STM)及原子力顯微鏡(AFM),探物質表面的原子結構,開創奈米尺度的科技時代。更神奇的是薛丁格從原子及分子的觀念思考生命的起源:What is life,啟發了華生(James Dewey Watson)和克里克(Francis Crick)發現DNA 結構,為生命遺傳機制打開了探索之門。

然而,近代科技的發展只用到量子的一些非常普通的物理性質,即量子能級、光電效應、量子穿隧效應等。這些物理性質大部分的中學生可能從近代物理中已學到。目前正在開發的量子電腦及量子通訊將利用量子世界中最神奇也是最怪異的物理性質,即量子疊加原理(quantum superposition)及量子糾纏特性(quantum entanglement),前者導致了物質波的概率描述,後者產生了遠距的瞬間量子關聯。
......【更多內容請閱讀科學月刊第578期
 
活動訊息_圖示

325『生活物理演示 服務市民』臺中場

 『生活物理演示 服務市民』臺中場

『生活物理演示 服務市民』 活動中的實驗都可以讓民眾動手操作,企圖幫助民眾 透過動手做及其親身體驗,體驗科學的真實及趣味,使民眾能對科學持有正面的態度,進而提昇民眾的科學素養。每一年都獲得許多民眾的讚許及踴躍參加。

107年3月25日將在臺中市 『市政府府前廣場』 舉辦 2場『生活物理演示服務市民』活動,提供臺中地區民眾 『近距離接觸生活物理演示優質科普活動』之機會。

活動中並將邀請臺中市各高中職校同學一起參與 為市民演示實驗、向市民講解科學原理、藉以服務市民,參與演示的高中同學們除了可以有學習100多個實驗的機會之外,更是在講解的過程學習到如何表達及溝通,在演示的過程學習如何團隊合作以達成任務。

解說員報名網址:https://www.beclass.com/rid=213ecfe5a8e35fc67980

活動時間:107年3月25日(週日)第一場 上午09:00-12:00、第二場 下午14:00-17:30
地  點:臺中市『市政府府前廣場』


211國際女性科學日 科教館展出傑出女學生科展作品

為打破「男理工、女人文」的迷思,國立台灣科學教育館在今天「國際女科學家日」於B1實驗室展出6件「2018年台灣國際科學展覽會」優秀女中學生作品,呈現未來優秀女性科學家們創新又精彩的研究成果,讓外界看到她們巾幗不讓鬚眉的不凡女力。

為爭取女性充分且平等地參與科學工作的權利,並進一步實現性別平等,聯合國大會2015年起宣布每年2月11日為「國際女性科學日」,希望各國政府制訂科學教育政策,鼓勵更多女性參與科學相關工作,並承認女性的科學成就。

由清華大學、彰化師範大學、成功大學、中山大學及國家實驗研究院、台灣女科技人學會共同發起一系列「211國際女性科學日」活動,科教館與其共組策略聯盟,希望推動國內實踐「國際女性科學日」精神,從高中教育階段起,鼓勵女學生勇於選擇科技、科學相關科系,並在未來投入科技相關工作。

科教管展出6件「2018年台灣國際科學展覽會」優秀女中學生作品,全部皆獲選為本屆各國國際科學展覽會出國正選代表,其中獲選為「美國第68屆國際科技展覽會」正選代表的張捷嵐、張捷筑同學提到她們以身為一個女性而感到自豪,因為她們知道對於科學的熱愛是不分性別、種族和尊卑貴賤的。

獲選為比利時科學博覽會BSE正選代表王琳雅則說,女科學家珍·古德便是最棒的例子,也相信追夢不是任何一個性別的特權,證明女性在科學領域上同樣也能有傑出表現。

科教館館長陳雪玉表示,這些女學生優秀的作品證明科學的能力跟性別沒有關係,社會應該打破對科學的刻板印象,無論是女生還是男生,只要對科學有興趣就應該被支持往這個方向繼續前進。

中時 林志成/台北報導

新聞來源網址:http://www.chinatimes.com/realtimenews/20180211000974-260405


科學活動及演講_圖示

主  題:利用智慧型手機Smartphone探索生活中的物理
日  期:107年3月8日(星期四)13:00~17:10
講  師:嚴祖強教授(中山大學)
地  點:臺中一中科學館物理演示教室
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:2366686

主  題:面對新課綱課程,高中物理教師應知道的人工智慧內涵與發展趨勢
日  期:107年3月13日(星期二)13:30~17:10
講  師:吳誠文教授(清華大學)
地  點:北一女至善樓四樓國文專科教室
報名網址:教育部全國教師在職進修網登錄報名,課程代碼:2367086

主  題:量子電腦對人腦的挑戰
講  師:黃吉川教授(國立成功大學工程科學系)
日  期:2018/03/18
地  點:國立科學工藝博物館南館國際演講廳
活動網址:http://science.nchc.org.tw/web/copage?id=90

主  題:彗星帶來太陽系遙遠又古老的訊息
講  師:葉永烜教授(中央大學天文所)
日  期:2018/03/18(日) 9:00~12:30
地  點:國立自然科學博物館藍廳
活動網址:http://apply.nmns.edu.tw/public/activity/601/actAbbr.asp?actId=601

主  題:邁向太空 -- 工作和休閒於地球之外
講  師:孫維新(國立自然科學博物館館長)
日  期:2018/03/30 (五) 19:00-20:30
地  點:國立南科國際實驗高級中學 遠見國際會議廳
活動網址:http://ys.ylib.com/activity/2018motech/index.html

主  題:「愛的萬物論-探索物聯網」特展
日  期:106-11-10~107-10-21
地  點:國立科學工藝博物館

主  題:2018全國高中物理探究實作暨科普教具創意設計競賽
活動網址:https://inquirypractice.weebly.com/


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