究竟什么是量子调控？

我们可能都听说过量子计算、量子通信，但有一个更基础的量子调控，大家可能听得就没那么多了。量子现在是个很时髦的词，有些人觉得它很神秘，其实并不然，只是它离我们的日常生活比较远，才会觉得有些陌生。

量子是现代物理的基本概念。一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，我们就说这个物理量是量子化的，把这个最小单位称为量子。

听起来有点像原子，但其实量子不是一种结构单位，而是物质的一种属性。万物的相互作用都是通过量子来实现的，比如说，光子就是电磁相互作用的基本量子，每个光子携带的能量一份一份的，它是普朗克常数乘以光的频率。这个量非常小，我们平常能够感受到的作用，涉及到的作用量都太大了，包含的量子都太多了，多一个少一个，没有什么差别；但是在微观世界里，每个物理过程只涉及很少的量子，甚至只有一个，这时候，多一个还是少一个，差别就大了，因为可能是2和3的差别，甚至是0和1的差别。这正如你的钱包，如果你只有一块钱，那么每个钢崩儿都很重要，如果你是个大富翁，钱包里经常装着几千块，那么丢掉一毛钱的硬币，对你并没有什么影响

随着科学技术的进步，我们能够观察越来越小的世界，处理越来越小的东西，涉及到的作用量越来越小，这时候，量子的作用就体现出来了。多一个量子，少一个量子，都关系重大，可能会影响到我们的实验。

量子调控从字面意义上来看，好像就是控制这些微小的作用量，比如说光子啦、电子啦，而且能够定量地精巧地控制。但是实际上，现在的量子调控覆盖的范围很大，如果量子理论是我们掌握的关于微观世界的知识，我们对微观世界的描述，量子调控就是把量子理论以及由此延伸出来的各种现代技术应用到微观世界中去，让微观系统按照我们希望的方式发展、变化——当然，并不可以脱离客观规律的限制。

量子调控就是想办法改变微观系统的环境，具体的条件，然后让它做出适当的响应，达到我们设计的目标，实现相应的功能，说白了，就是把我们对微观世界的理论应用到微观世界中去，让微观世界为我们的宏观世界服务。当然，这个过程也有助于我们了解更多的关于微观世界的信息，包括具体的物理过程和特殊的物理规律，等等。

真正要做到控制微观世界的东西，还是要采用宏观世界的工具。比如说，要是加个电场啦、磁场啦，给材料加点力，照一照光，或者改变材料所处的温度，等等。这些外界条件的变化能够影响微观系统的响应，做到这一点，就行了。

以半导体发光为例，半导体发光性质在很大程度上取决于半导体的能带结构，特别是能带的间隙的大小，那么我们想改变半导体的发光波长，可以采用的方法很多。可以选择不同的材料，这样它的带隙就变了，发光的波长也就不一样。这是最重要的一种方法，但是知道不等于能做到。比如说，很早就做出来能够发红光、黄光甚至绿光的发光二极管（也就是LED），人们也知道，只要换用宽带隙的半导体材料比如说氮化镓或者氧化锌，就可以把发光波长推到蓝紫光甚至紫外光的波段，但是，直到1980年代解决了很多技术困难以后，才出现了蓝光二极管。

对于同一种材料，也有其他的调控手段。最简单的就是改变温度，热胀冷缩，材料的体积变了，原子间距离也会改变，原子间相互作用的大小也就变了，材料的带隙就会发生变化。波长可调谐的半导体激光器，通常就采用这种方法，通过改变器件的工作温度，就可以改变出射光的波长，当然，在工作的时候也要保持温度等因素不变，否则激光波长就会漂移。

当然也可以给材料施加压力，大力出奇迹，同样是改变原子之间的距离。但是为了改变材料的体积，需要的压强都非常大，需要用一些特殊的工具才能实现，比如说，金刚石高压砧室，或者是薄膜弯曲装置，用起来不是很方便。

你还可以把不同的半导体材料放在一起，生长出特别的结构（这就是所谓的能带工程），满足你的设计要求。有时候还会给材料施加光场（也就是用光照它）、电场或磁场，这些都会影响材料的性质，但是电场调控的方式更方便，用得也最多。这都属于量子调控。

如果你想控制一个人，最常用的手段就是赏罚，当他做了你想让他做的事情，就奖励他，当他做犯了错误，就惩罚他。量子调控对于微观世界也是一样。你改变控制条件，如果微观系统朝着你希望的方向演化，就继续干，否则就换个方式做——这就是反馈。所以说，量子调控跟我们的日常调控采用的原则差不多，唯一的差别只是具体的手段不同，如此而已。

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