背景

量子力学的学习，或者说量子理论本身，一直有一个问题：尽管其数学形式非常明确，但是，这个数学形式的直觉理解非常困难——“量子系统的状态是矢量相干叠加态[math]\displaystyle{ \left|\phi\right\rangle=\alpha \left|\uparrow\right\rangle+\beta \left|\downarrow\right\rangle, \rho^{Q} = \left|\phi\right\rangle\left\langle\phi\right| }[/math]而不是经典概率叠加态[math]\displaystyle{ \rho^{C} = P_{\uparrow}\left|\uparrow\right\rangle\left\langle\uparrow\right|+P_{\downarrow}\left|\downarrow\right\rangle\left\langle\downarrow\right| }[/math]”。

这个经典和量子状态的区别，导致一个深刻的问题和一个深刻的矛盾：

1. 量子系统的状态为什么需要用矢量叠加态来描述？
2. 演化和测量之间的矛盾——量子系统的演化不会破坏相干性，但是测量会破坏并且被测量系统会被迫处于所有可能状态之一。测量结果是一个关于量子系统状态的经典记录，因此只能是经典状态，同时量子系统会处于结果所对应的量子状态。

一切的关于量子力学令人困惑、令人着迷的地方都来自于这个问题和这个矛盾，以及这两者背后的“量子系统的矢量叠加态”。

当然，通过研究工作解决这些问题是一条道路。但是，另一条道路，很可能是人类的生活经验。也就是说，由于我们日常生活中经常经历的事物的状态都是确定的或者概率叠加的（后者包含前者），因此，对于概率叠加状态，我们不觉得很难理解，而是觉得很自然。那么，是不是有一种可能，如果我们的生活经验让我们熟悉了量子系统的行为，我们就会也觉得量子系统的行为及其背后的矢量叠加态的数学不是那么难以接受的事情。或者，至少，量子原生代可能会形成一定的量子世界的直觉——称为量子直觉，而具有这样的量子直觉的新生代科学家工程师可能对于发展和应用量子技术具有某些天然的优势。进一步，就算培养量子直觉的目标实在不成功，这样的帮助普通人熟悉量子世界的教育，也可以为下一代的量子科学家和工程师提供一些土壤。

其实，美国白宫科学技术政策办公室（the White House Office of Science and Technology Policy）和美国自然科学基金委（the National Science Foundation）就组织了一个这样的教育计划，称为Q12教育——在美国中小学推进量子原生代的教育。

在这里，我们基于自己的研究和教育经验，提出来一个目的相同，方法和内容原创的量子教育项目。

做什么

量子实验和仪器