没有“量子穿墙术”就没有生命

      土行孙遁土行走，崂山道士穿墙而过，这些故事在宏观世界里，只能是永远的神话。然而在微观世界里，“量子穿墙术”时刻在发生。

传说中的量子穿墙术

       一个人要到达一座山的另一边，需要从山脚爬到山顶，又从山顶下到另一边山脚。如果你是一个“量子人”，就不用那样费劲，可以直接穿山而过。一个微观粒子，能够穿透比它强得多的能量壁垒，就好像有人帮它挖了一个隧道似的，这种效应被科学家趣称为隧道效应，或者称为量子隧穿效应。

       当然，量子隧穿具有概率性。简单地说，一个微观粒子面对比它高的能量势垒，有时能够穿透，有时不能穿透；或者说，一群粒子面对比它们高的能量势垒，有的能够穿透，有的不能穿透。就像买彩票，中大奖的几率是有的，究竟谁能够中奖，事先无法确定，全靠运气。

量子隧穿示意图

       量子隧穿是物质得以进化的前提条件。

       宇宙形成之初，只有氢和氦两种元素，由于某种不稳定因素导致了星云的形成。原初的星云，是氢和氦两种元素的混合体。在引力的作用下，某个区域的尘埃会越聚越多，密度越来越大，就形成了第一代恒星。

       随着恒星内部的压力和温度不断增高，两个氢原子核通过通过量子隧穿，突破电子层的能量势垒，发生熔合核反应，形成较重的氦元素；当恒星内部压力和温度越来越高，较重的原子核之间，同样会通过量子隧穿的方式，形成更重的元素，如碳、氮、氧、铁等元素。超大恒星发生引力坍塌，会创生出更重的元素，如金、铅、铀等物质。

       熔合核反应中释放出来的辐射能量，形成向外的推力，阻止了恒星进一步的引力坍缩。如果没有量子隧穿，就不会形成较重的元素来抵抗恒星内部极端强大的压力和高温，氢和氦两种元素就会被“压碎”成为纯能量形式，恒星也会很快就坍塌消失。

核聚变示意图

       恒星才是真正的炼金炉，从锂元素开始的一百多种元素，都是恒星内部核聚变的产物。有的恒星到达晚年，会发生大爆炸，大量的重元素被抛射出来，为生命的形成做了物质准备。

       量子隧穿是一切化学反应的基础。

       存在于原子核外的电子，会形成一道坚固无比的能量墙壁——电能势垒。我们站在地板上，之所以不会掉下去，全靠核外电子构筑起来的能量长城。我们实际上是漂浮在原子核上面。

       有了这道坚固的能量墙壁，外物就无法穿透。但是，量子隧穿效应允许电子穿透到另外一个原子的一边。两个原子在条件合适的情况下，可以共享一个电子。原子与原子之间，正是通过共享电子的方式形成分子或化合物。可以说，没有量子隧穿效应，就没有化学反应，也就没有构筑生命的有机物。

       可以说，没有“量子穿墙术”，宇宙就不可能演化出多彩多姿的物质形态，也不可能进化出现五彩缤纷的生命，更不可能进益出人间的爱恨情仇。

       量子隧穿与我们的生活息息相关。植物的光合作用，之所以那样高效，是因为叶绿素巧妙地运用了量子隧穿效应；动物的鼻子之所以能够闻到气味，也是因为嗅觉细胞运用了量子隧穿效应。

光合作用示意图

       量子隧穿对于生命世界的形成功不可没，但也会给人类的高科技带来烦恼。芯片是手机的核心部位，就像人类的大脑，能量消耗巨大。芯片做得越小，运算速度就会更快，耗能也就会越小。现在的手机芯片，大都在5至7纳米，运算和耗能的体验已经非常好了。但是，现在的智能手机，一天就要充一次电，仍然不理想。

芯片

       能不能将芯片做得更小一些呢？这个太难了！不是因为制作技术的限制，而是到达1纳米以下的尺度，量子隧穿效应开始明显起来，电子便无法正常执行运算功能。量子隧穿效应，决定了电子芯片存在着一个无法越狱的极限。

       美国疯狂地封锁华为，其实并可怕。他们的芯片已经到达了极限，中国只要祛除浮躁情绪，坚持“守正笃行、久久为功”的加油精神，通过10到15年的技术积累，制造出5纳米甚至1纳米的芯片一定不是梦。就像一场马拉松比赛，冠军跑到终点就再也没有办法继续前进，我们要哪怕跑得像蜗牛那样慢，只要脚步一刻不停，最终也会到达终点。

       有人幻想通过走“量子芯片”的弯道，实现中国芯片技术超车。殊不知“量子”还是一匹未被驯服的野马，让它来拉芯片的车，只怕会人仰车翻马跑。弯道超车违反法律，量子芯片绕不开传统芯片的道。“量子”可以隧穿高阶能量壁垒，但人是宏观物体，不要幻想去走它的“弯道”。科学技术研究，要守正道，要持之以恒、锲而不舍、驰而不息，最终才能取得“正果”。