数千年来，人类仍然借助天生的直觉来认识自然界运行的原理。尽管这些方法让我们在好多方面误入歪路，例如，曾一度深信月球是平的。但从总体上来说，我们所得到的真理和知识，远远大过谬论。正是在这些虽平缓、成效却非常积极的积累过程中，人们渐渐摸索总结出了运动定理、热热学原理等知识，自身所处的世界才显得不再这么神秘。于是，直觉的价值，愈发得到肯定。但这一切，截至到量子热学的出现。
这是被爱因斯坦和玻尔用“上帝跟宇宙玩掷色子”来形容的学科，也是研究“极度微观领域物质”的数学学分支，它带来了许许多多令人惊讶不已的推论——科学家们发觉，电子的行为同时带有波和粒子的双重特点（波粒二象性），但仅仅是加入了人类的观察活动，就足以立即改变它们的特点；再者还有相隔千里的粒子可以顿时联系（量子纠缠）：不确定的光子可以同时去向两个方向（海森堡测不准原理）；更别提那只理论假定的猫既死了又活着（薛定谔的猫）……
比如以上，这种研究结果常常是颠覆性的，由于它们基本与人们习惯的逻辑思维相违逆。以至于爱因斯坦不得不哀叹道：“量子热学越是取得成功，它自身就越变得荒唐。”
到如今，与一个世纪之前人类刚才进军量子领域的时侯相比，爱因斯坦的观点虽然得到了更为广泛的共鸣。量子热学越是在数理上不断得到完美评分，就越变得我们的本能直觉竟这般简陋不堪。人们不得不承认，尽管它仍然看上去奇特而陌生，但量子热学在过去的一百年里，早已为人类带来了太多革命性的发明创造。正像詹姆斯·卡卡廖斯在《量子热学的奇妙故事》一书的序言中所述：“量子热学在哪？你不正沉溺于其中吗。”
陌生的量子，不陌生的晶体管
日本《探索》杂志在线版给出的真实世界中量子热学的一大应用，就是人们已经不陌生的晶体管。
1945年的夏天，日本美军成功制造出世界上第一台真空管计算机ENIAC。据当时的记载，这台庞然大物总重量超过30吨，占地面积接近一个大型住宅，总耗费高达100万日元。这么巨额的投入，注定了真空管这些能源和空间消耗大户，在计算机的发展史中只能是一个过客。由于彼时，贝尔实验室的科学家们已在加紧研发足以取代真空管的新发明——晶体管。
晶体管的优势在于它还能同时饰演电子讯号放大器和转换器的角色。这几乎是所有现代电子设备最基本的功能需求。但晶体管的出现，首先必需要谢谢的就是量子热学。
正是在量子热学基础研究领域获得的突破，哈佛学院的研究者尤金·瓦格纳及其中学生弗里德里希·塞茨得以在1930年发觉半导体的性质——同时作为导体和绝缘体而存在。在晶体管上加电流能实现门的功能，控制管中电流的导通或则截至，借助这个原理便能实现信息编码，以至于编撰一种1和0的语言来操作它们。随后的10年中，贝尔实验室的科学家制做和改良了世界首枚晶体管。1954年，德国美军成功制造出世桐城台晶体管计算机。与之前动辄房屋般臃肿的不靠谱的真空管计算机高手们相比，只有3立方公尺大，功率不过100瓦。明天，英特尔和AMD的尖端芯片上，已然才能摆放数十亿个微处理器。而这一切都必须归功于量子热学。
量子干涉“搞定”能量回收
无论如何心怀敬爱，对于我们来说，都不太容易能把量子热学代表的理论和它带来的成果联系在一起，由于她们听上去就是完全不相干的两件事。而“能量回收”就是个反例。
每次开车出游，人们就会不可防止地做一件负面的事情——浪费能量。由于在底盘燃起燃料以形成促进车身前进的驱动力同时，相当一部份能量以热量的方式散失，或则直白地说，浪费在空气当中。对于这些情况，韩国德克萨斯学院的研究人员企图利用量子热学中的量子干涉原理来解决这一问题。
量子干涉描述了同一个量子系统若干个不同态叠加成一个纯态的情况，这听上去让人完全不知所谓，但研究人员借助它研发了一种分子温差电材料，才能有效地将热量转化为电能。更重要的是，这些材料的长度仅仅只有百万分之一公尺量子物理的应用论文，在其发挥功效时，不须要再额外安装其他外部运动部件，也不会形成任何污染。研究团队表示，假如用这些材料将车辆的排气系统包裹上去的话，汽车为此将获得足以照亮200只100瓦灯泡的电能——尽管理论让人沮丧，但这数字而且清晰可见的。
该团队因而对新型材料的前途饱含信心量子物理的应用论文，确定在其他存在热量损失的领域，该材料同样还能发挥作用，将热能转变为电能，例如光伏太阳能板。而我们只需晓得，这都是量子干涉“搞定”的。
不确定的量子，十分确定的时钟
作为普通人，通常是不会介意自己的腕表快了半分钟，还是慢了十几秒。并且，假如是像英国陆军气象天文台那样为一个国家的时间负责，这么这半分半秒的偏差都是不被容许的。好在这种重要的组织单位都还能借助原子钟来保持时间的精准无误。这种原子钟比之前所有存在过的挂钟都要精确。其中最强大的是一台铯原子钟，才能在2000万年以后，仍然保持偏差不超过一秒。
见到这些精确的能让人衰弱的挂钟后，你或许会困惑莫非真的有哪些人或则哪些场合会用到它们？答案是肯定的，确实有人须要。例如航天工程师在估算宇宙飞船的飞行轨迹时，必须清楚地了解目的地的位置。不管是星体还是小行星，它们都时刻处在运动当中。同时距离也是必须考虑的因素。一旦将来我们飞出了所在星体的范围，留给偏差的边际范围将会越来越小。
这么，量子热学又与那些有哪些关系呢？对于这种极其精准的原子钟来说，造成偏差形成的最大敌军，是量子噪音。它们才能消弭原子钟检测原子震动的能力。如今，来自美国学院的两位研究人员早已开发出，通过调整铯原子的能量层级来抑制量子噪音程度的技巧。它们目前正在企图将这一方式应用到所有原子钟起来。虽然科技越发达，对准时的要求就越高。
量子密码之战无不胜
斯巴达人一向以战斗中的勇敢与凶狠著称于世，而且人们并不能为此而责怪她们在权术方面的才干。为了避免敌方事先获知自己的军事行动，斯巴达人使用一种被叫做密码棒的东西来为绝密信息加密和揭秘。她们先将一张牛皮纸裹在一根柱状物上，之后在里面书寄信息，最后再将牛皮纸取下。利用这些方法，斯巴达的士官才能发出一条敌军看上去语无伦次的命令。而己方人员只需再度将牛皮纸裹在同等规格的柱状物上，就才能阅读真正的命令。
斯巴达人朴实的方法，仅仅是密码学漫长历史的开端。现在，借助微观物质一些奇特特点的量子密码学，早已公开声称自己无解。它是一种借助量子纠缠效应、基于单光子偏振光态的全新信息传输方法。其安全之处在于，每每有人闯进传输网路，光子束才会出现衰弱，每位结点的侦测器都会强调错误等级的降低，因而发出受袭警报；发送与接收双方也会随机选定通配符的子集进行比较，全部匹配才觉得没有人监听。换句话说，黑客未能闯进一个量子系统同时不留下干扰痕迹，由于仅仅尝试解码这一举动，都会造成量子密码系统改变自己的状态。相应的，尽管有黑客成功拦截获得了一组密码信息的解码锁匙，那他在完成这一举动的同一时刻，也造成了秘钥的变化。因此当合法的信息接收者检测锁匙时，才会轻易发觉疲态，因而更换新的秘钥。
量子密码的出现仍然被视为“绝对安全”的回归，不过，天下没有不漏风的墙。拥有1000多年前那部维京时代海盗史的英国人，早已打破了量子密码无解的神话。利用忽悠读取密码信息的设备，她们在不尝试解码的条件下，就获得了信息。但她们承认，这只是借助了现存技术上的一个漏洞，在量子密码术建立后即可趋避。
随机数发生器：上帝的“量子色子”
所谓的随机数发生器，并不是老派香皂剧中这些魔幻神秘的玩意儿。它们利用量子热学，才能召唤出真正的随机数。不过，科学家们为何要不辞劳苦地深入量子世界来找寻随机数，而不是简单轻松地抛下硬币、掷个色子？答案在于：真正的随机性只存在于量子层级。实际上只要科学家们收集到关于掷色子的足够信息，这么她们便就能提早对结果作出预测。这对于轮盘博彩、彩票甚至计算机得出的开奖结果等等，统统有效。
但是，在量子世界，所有的一切都是绝对难以预测的。马克斯·普朗克学院光学化学研究所的研究人员正是利用这一不可预知性，制做出了“量子色子”。她们先是通过在真空中制造波动来形成出量子噪音，之后检测噪音所形成的随机层级，以此获得可以用于信息加密、天气预演等工作的真正随机数字。值得一提的是，这些色子被安装在固态芯片上，才能胜任多种不同的使用需求。
我们与激光险些失之交臂
与量子热学的经历相像，激光在初期以前也被觉得是“理论上的巨人，实际应用上的侏儒”。但明天，无论是家用CD播放器，还是“导弹防御系统”，激光早已在当代人类的社会生活中，抢占了核心地位。不过，假如不是量子热学，我们与激光的故事，很可能是以“擦身而过”而收场。
激光器的原理，是先冲击围绕原子旋转的电子，令其在重返低能量级别时激发出光子。这种光子随即又会引起周围的原子发生同样的变化，即发射出光子。最终，在激光器的引导下，这种光子产生稳定的集中束流，即我们所见到的激光。其实，人们才能知晓那些，离不开理论化学学家马克斯·普朗克及其发觉的量子热学原理。普朗克强调，原子的能量级别不是连续的，而是分散、不连贯的。当原子发射出能量时，是以在离散值上被叫做量子的最小基本单位进行的。激光器工作的原理，实际上就是迸发一个特定量子充溢能量。
专门挑战极端的超精密体温计
假如用普通的医用体温计，去检测比绝对零度低百分之一的体温，这支湿度计的下场可想而知。这么怎样去对付这样的极端气温呢？哈佛学院的研究人员发明了一支可以对付这种情况的神奇体温计。它除了能在极端环境中保持坚挺，更才能提供无比精确的数值。
为制做这些气温计，研究团队必须重新梳理体温计的设计思路。例如获得精确数值的方法。辛运的是，在找寻精确的过程中，科学家们利用量子隧洞得到了自己想要的答案。如同钻入山体内部而不是在其表面爬上爬下，粒子在穿越势垒的过程中，形成出了量子噪音。使用研究团队的量子温度计去检测这种噪音，便才能精确地得出实验物体的体温。
尽管这些气温计对于普通人的日常生活并没有太大的意义，而且在科学实验室，尤其是这些须要极低气温环境的材料实验室它就可以大展身手了。如今，研究者们还在努力通过各类手段提升该气温计的精确性，并期望随着它应用范围的拓展，更极端的科研环境都可以从中获益。
人人都爱量子计算机
在1965年发表的一篇论文中，英特尔公司的联合创始人戈登·摩尔对计算机技术的未来发展，做了一些简陋但却意义深远的预测。其中最重要的一条便是日后知名的摩尔定理：每平方公尺集成电路上晶体管的数目，每18个月便会翻两倍。这一定理对计算机技术的发展形成了深远影响，然而现今，摩尔定理虽然走到了尽头，由于到2020年，硅芯片将会达到自身的数学极限，而随着晶体管容积的不断缩小，它们将开始遵守量子世界的各类规律。
和量子世界的规律“抱有敌意”相比，迎合量申时代其实才是人们最好的选择。明天，这些从事量子计算机研究的科学家做的正是这件事情。相比传统计算机，量子计算机具有无可比拟的巨大优势：并行处理。利用并行处理的能力，量子计算机就能同时处理多重任务，而不是像传统计算机那样还要分出轻重缓急。量子计算机的这一特点，注定它在未来将以指数级的速率赶超传统计算机。
不过，在量子估算成为现实之前，科学家们还须要克服一些艰辛挑战。例如，量子计算机使用的是比传统比特储存能力高出许多的量子比特，然而不幸的是，量子比特特别未能创造下来，由于这须要多种粒子共同组成网路。直至现今，科学家只还能一次性将12种粒子缠连上去。而量子估算机若要实现商业化应用，起码须要将这个数字降低数十倍甚至上百倍。
想晓得哪些是真正的瞬时通讯吗
量子热学在过去的时光里为人们带来的成就弥足珍稀，但科学家们有理由相信，其在未来会奉献的更多。
如今，当你在手机、短信、邮件以及MSN、飞信等等诸这么类的通讯工具之间穿行时，可能以为自己早已被所谓的“瞬时通讯”覆盖。实际上，你发出的声音、文字、图像都须要一点时间能够达到目的地，或长或短而已。现今的人们日常所能用到的通讯方法，所需时间都非常短，但在很远的未来，人和人之间的交流不会只限于大洲与大洲之间，而可能须要横贯星体，这就使通讯时间大大的降低——譬如说，在去年8月6日，“好奇”号火星车登录火星，传回的讯号抵达月球就有十几分钟的延后。但这还只是在太阳系中月球和火星的距离，假若将距离延展的更远，这么科学家们觉得，只有量子热学才有能力真正实现“即时”的通讯，无论距离多远。
使瞬时通讯成为现实的关键，在于被称为量子纠缠的量子热学现象——爱因斯坦称其为“幽灵般的远距作用”，指处于纠缠态的两个粒子虽然距离遥远，也保持着非常的关联性，对一个粒子的操作会影响到另一个粒子。简单来说就是，当其中一个粒子被检测或则观测到，另一个粒子也急剧在顿时发生相应的状态改变。这些如同“心电感应”般的一致行动，已超出了精典数学学规则的解释范畴，因而才被爱因斯坦视作鬼魅。但借助量子纠缠，我们可以操纵其中一个粒子造成对应粒子的即时、相应变化，进而完成收发“宇宙短信”的动作。
不过，这一应用还面临着最大的问题：一些化学学家坚持觉得纠缠的粒子实际上并不能传送信息。若果是这样的情况，那我们的名单中的下一个项目，则永远不会成为现实。
远距传输从悬疑到现实
悬疑片，尤其是太空题材的，最爱远距传输：偌大的一个人，在一个地方神秘消失，不须要任何载体的携带，又在另一个地方顿时出现。
远距离传输就是量子态隐型传输，是在无比独特的量子世界里，量子呈现的“纠缠”运动状态。该状态的光子就像有“心电感应”，能使须要传输的量子态“超时空穿越”，在一个地方神秘消失，不须要任何载体的携带，又在另一个地方顿时出现。在“超时空穿越”中它传输的不再是精典信息，而是量子态携带的量子信息，这种量子信息是未来量子通讯网路的组成要素。
此前，IBM团队的6名工程师证明，远距传输完全可以实现，起码从理论上来讲是这样。但必须注意的是，“原对象”在此过程上将消失——因为远距传输可不是“传真机”，你原先那份“文件”是会被它销毁的。其似乎“复制”原物体的过程，实际也是对原物体的一种改变。
2009年，法国喀麦隆太原立学院联合量子研究所的科学家进行的“量子信息处理”的实验中，成功地实现了从一个原子到1米外的一个容器里的另一个原子的量子隐型传输。虽然在实验中是一个原子转弄成另一个原子，由第二个原子饰演起第一个原子的角色，与“原物传送”的概念不同，但原子对原子的传输，却对于研发超密超快的量子计算机和量子通讯具有重大意义。
没错，远距传输并除了在传输物体这一目标上才有价值，在达到这一目的之前，通往“圣域”的各项研究也被证明在其他多重领域大有作为。而所有的量子热学研究，甚至人类所有的科学活动，亦同此理。