說起來量子力學，或者更大一點的量子物理，它是一個過于抽象且陌生的“世界”，它的觀測坍縮，它的不確定性都成為它反直覺的原因。為了要理解它，在過去的人類教學中，不知道“毒死了多少只貓”。
甚至在更廣泛的人民群眾里，量子物理還被賦予了很高的“神性”，像什么超遠距離同步的心靈感應，量子永生即總有一個你是沒死的狀態(tài)等等，這些話題在短視頻平臺都有很高的討論和點擊量。
不過，量子世界的規(guī)律和我們?nèi)粘Ｖ庇X幾乎完全不同，“疊加態(tài)”“糾纏”“量子門”這些概念聽起來就讓人頭大。即使是專業(yè)人士，也需要長時間的數(shù)學訓練才能真正把握。不然也不會有很多諸如費曼這樣的科學家說過類似“這世上沒有人懂量子物理”、“如果你覺得你理解了量子力學，那你大概是沒理解”等等“名言”。
但是，如果，萬一，我們能直接“看到”量子現(xiàn)象，甚至親手操作量子比特，感受它們的變化呢？
最近在沖浪的時候，87君發(fā)現(xiàn)了一個新的VR項目：Quantum Intuition XR（QIXR）。
可觸摸的量子物理
QIXR是由來自美國馬里蘭大學帕克分校的小組（成員：Jamie Ngoc Dinh, Marven Wong, Matthew Brooks, Charles Tahan, Myungin Lee）共同研究的項目。
它基于量子力學非常抽象難懂、在現(xiàn)實世界無法模擬的基礎，結合大量的XR教學模擬案例支持，實現(xiàn)了一個結合了VR、MR技術的交互式教育平臺。簡單來說，它就是想用VR，把那些通常只能通過復雜公式表達、無法用類比精準形容的量子現(xiàn)象，變成可以看、可以玩、可以動手體驗的東西。
戴上VR頭顯，你會進入一個充滿奇妙粒子和流動能量的量子世界。在這里，量子比特（qubit）不再只是書本上的符號，而是一個可以在三維空間中旋轉、跳躍、變幻的實體。
你可以親手給它施加量子門，比如Hadamard門。作用是把一個確定的量子狀態(tài)（比如0）變成一種疊加狀態(tài)（即同時是0和1），讓量子比特進入神奇的“疊加態(tài)”，即同時處于0和1之間。它是量子計算非常重要的基礎，也是量子計算之所以有超級運算能力的重要原因。
或者是選擇Pauli-X、Pauli-Z門，這兩個門也是常見的量子操作。Pauli-X門有點像傳統(tǒng)計算機里的“翻轉”，把0變成1，把1變成0（可以在布洛赫球上看作是圍繞X軸旋轉）。Pauli-Z門則是改變量子比特的相位（在布洛赫球上圍繞Z軸旋轉）。
這些在傳統(tǒng)教學里往往是抽象的數(shù)學變換，而在QIXR中，用戶可以通過手動施加這些門操作，直觀觀察量子狀態(tài)的變化。
還有就是量子疊加，這也是量子物理對于普通人來說抽象的原因，我們是要么A要么B，指向了確定的結果，但在量子世界中，它是又A又B的，在QIXR中，用戶可以親眼看到疊加態(tài)是如何被創(chuàng)建和變化的，從而建立對于量子世界的圖像記憶。
量子糾纏是指兩個（或更多）量子比特即使被隔得很遠，狀態(tài)也會彼此關聯(lián)（就像開頭說的所謂心靈感應）。一個粒子的狀態(tài)變化會立刻影響到另一個粒子。在QIXR中，用戶可以通過操作兩個量子比特，讓它們進入糾纏狀態(tài)，并觀察它們同步變化的現(xiàn)象，從而形象理解這種量子世界的超距聯(lián)系。
為了讓體驗更真實，QIXR用到了一個很重要的可視化工具——布洛赫球（Bloch Sphere）。
想象一個漂浮在空中的透明球體，球上每個點都代表了一個量子比特可能的狀態(tài)。通過移動球面上的點，你可以看到量子態(tài)的不斷變化，理解那些晦澀難懂的疊加、旋轉、干涉現(xiàn)象。
正如前文提到的，量子物理之所以難就是因為它的抽象和微觀，而我們緩解這種“抽象”的方式就是用大量的線性代數(shù)、復數(shù)運算等等數(shù)學進行詮釋。可以說必須要理解了數(shù)學，才能真正“看懂”量子物理。而現(xiàn)在，動動手柄，眼前的球體就為你動態(tài)展示了這些變化。
簡而言之，QIXR讓抽象的量子物理擁有了直觀的、可以交互的“形狀”。
可靠性測試
為了科學驗證Quantum Intuition XR的設計效果和教育可靠性，項目團隊采用了系統(tǒng)的研究方法。
首先是通過與專業(yè)的教授合作，共同依據(jù)量子力學基礎理論，定義了需要可視化的物理概念，比如量子門操作、量子疊加和糾纏狀態(tài)。之后，使用Unity和Quest 3進行開發(fā)和測試。
此外，團隊還邀請了5名（4男1女）專家進行體驗和訪談，他們都擁有量子物理學高級學位，并具有研究量子科學的經(jīng)驗。同時，這5位參與者此前沒有過VR體驗經(jīng)驗。
根據(jù)論文，參與者的回復表明所有項目都高度一致，尤其是在與布洛赫球球、量子門和糾纏實現(xiàn)的準確性相關的領域。換句話來說，QIXR的內(nèi)容和展示效果還是非常扎實且具有實際意義的。
不過遺憾的是，目前團隊還沒有公布大規(guī)模的社會測驗結果來驗證它對普通人的實際效果。
結語
與傳統(tǒng)的二維屏幕視覺化工具相比，VR技術提供了前所未有的沉浸感和交互性，這使得用戶能夠以更加直觀和體驗式的方式接觸和理解量子力學的復雜概念。通過這種“上手操作”的方式，QIXR不僅讓量子現(xiàn)象從抽象的數(shù)學公式變?yōu)榭梢杂H眼見證的動態(tài)過程，而且提升了學習的參與感和沉浸感。
QIXR的設計初衷是希望能為量子力學的學習者提供一個更為直觀和易于理解的學習工具。它突破了傳統(tǒng)教學的局限性，通過沉浸式的體驗讓學習者能夠直觀地感受和操作量子現(xiàn)象。在87君看來，它更重要的是把一個幾乎不能實體化的物理領域變得可見，變得有畫面感，讓人的理解和記憶更加方便。
這種方式尤其適合于量子計算、量子物理等學科的入門學習，以及幫助非專業(yè)人士了解量子科技的基本概念。
隨著量子科技的迅速發(fā)展，未來對量子領域的理解和應用將成為科技創(chuàng)新的關鍵。QIXR作為一款具備沉浸感、互動性、科學性的教育工具，顯然有著廣泛的應用前景。它不僅能幫助學生和研究人員更好地理解量子理論，也為廣大非專業(yè)人士提供了一個深入探索量子世界的機會。
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