第406章 被擱淺的夢

  「霍爾效應,這是一個非常好玩的物理現象。我們假設在一小片二維世界裡,一個小電子沿著直線在孤獨的行走著。見它這麼孤獨,不調戲下它,簡直天理難容!於是乎,我對平行於這個二維世界施加了一個垂直的磁場。孤獨的小電子立刻迷了路,跑到了「世界」的一邊,試想一下,如果此時有好多電子一起路過這個「二維世界」,那它們也會跟這個小電子一樣,全都迷迷糊糊跑到小板的一側(右側),大量負電子集中於右側,會發生什麼呢?它當然會對於左側形成了一個電壓。這就是霍爾效應!」葉華示意小風姐坐下,一邊畫著一邊解析道。

  「現在我們旗下的勞斯萊斯汽車、賓利汽車、雷神汽車、蘭博基尼汽車和布加迪汽車已在廣泛應用的霍爾器件有:在分電器上作訊號感測器、ABS系統中的速度感測器、汽車點火系統、汽車速度表和里程表、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度感測器、各種開關,等等。用作汽車開關電路上的功率霍爾電路,具有抑制電磁干擾的作用。轎車的自動化程度越高,微電子電路越多,就越怕電磁干擾。而在汽車上有許多燈具和電器件,尤其是功率較大的前照燈、空調電機和雨刮器電機在開關時會產生浪涌電流,使機械式開關觸點產生電弧,產生較大的電磁干擾訊號。採用功率霍爾開關電路可以減小這些現象。」

  又開始打GG了?

  台下的師生們都張著嘴巴,什麼時候勞斯萊斯汽車、賓利汽車、雷神汽車、蘭博基尼汽車和布加迪汽車成了你旗下的公司了?

  他們都知道,在科技大學只有貴賓才能坐勞斯萊斯,極少校領導開蘭博基尼,多數老師都是開雷神汽車,可是這布加迪汽車是什麼東西?這汽車公司好像已經停產了吧?

  葉華笑笑,「GG打完了,我接著之前的量子話題。我們在研究量子的時候,在1.5K溫度和18.9T磁場下測量金屬-氧化物-半導體效應電晶體的霍爾電阻時發現,其霍爾電阻總是h/e^2的整數倍(h為普朗克常數,e為電子電量),我這種現象稱為整數量子霍爾效應。後來又發現了一種新形態的量子流體,其中有帶分數電荷的激發態,分數量子霍爾效應,即RH可以是h/e^2的1/3、2/3、2/5……倍……」

  「能再簡單點嗎?」搗蛋鬼小風姐繼續起來提問。

  「接著剛才說到的產生電壓了的霍爾效應,讓我們繼續使壞,增強磁場。更奇怪的事情發生了,小電子們就像是喝醉了一樣,糊裡糊塗繞圈轉了起來。繼續加大磁場,更加詭異了,電子們竟然自己建造了一個『太陽系』,能量高的在外邊轉,低的在裡邊。如果在增大一些磁場,更多的「小太陽系」(學名:磁通)誕生出來。這樣的後果是什麼呢?因為電子都在自己繞圈,流經這裡的電荷都被「鎖」住了,於是,這個二維小板成了一個絕緣體,不導電了。等一下,它還是會導電的!就像下圖一樣,在這塊小板板的邊緣,電子們沿著邊緣,做著半圓周運動,就這樣把電流送了出去,而板板中央則徹底絕緣了!說到這裡,量子霍爾效應的入門就解釋清楚了。」

  「這只是二維世界,可我們的世界是三維世界啊,三維概念里是不是也有量子霍爾效應呢?」朱蒂文也隨口問道。

  「當然,三維空間的量子霍爾效應,形象地來說是下面這樣的,能看得懂不?再來個大白話的比喻吧。這就好像是一個房子,那些迷糊的電子住在裡邊,它會沿著房子的邊緣,劃著名半圓,從地板瞬間鑽上天花板,然後再跳回來,如此往復。這就是三維空間裡的量子霍爾效應。」葉華答道。

  「華仔,你說了這麼多,這個量子霍爾效應又有什麼用?」小風姐笑道。

  「量子霍爾效應是整個凝聚態物理領域最重要、最基本的量子效應之一。我們使用計算機的時候,會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下晶片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗。而量子霍爾效應則可以對電子的運動制定一個規則,讓它們在各自的跑道上一往無前地前進,這就好比一輛高級跑車,常態下是在擁擠的農貿市場上前進,而在量子霍爾效應下,則可以在各行其道、互不干擾的高速路上前進。」葉華解析道。

  「量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,而量子反常霍爾效應的美妙之處是不需要任何外加磁場,在零磁場中就可以實現量子霍爾態,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。」

  「咱們這是要造量子計算機嗎?」坐在前排的朱蒂文好奇問道。

  「量子計算機為時過早,但我們可以實現簡單的量子通信了,量子通信的原理只要有量子糾纏、量子不可複製定理、秘鑰分配和隱形傳態四個部分。與傳統的密碼學不同,量子密鑰分配是密碼學與量子力學相結合的產物,它以量子態為資訊載體,利用量子力學的一些基本物理原理來傳輸和保護資訊。在遙遠兩地的用戶,可共用無條件安全的秘密系統YH79,利用該秘密對資訊進行一次一密的嚴格加密,保證通信安全。這也是目前已知唯一的不可竊聽、不可破譯的分發方式。」葉華笑道。

  「量子糾纏是什麼?」見氣氛如此和洽,一個葉華班的學生也舉手提問了。

  「量子糾纏是指,兩個粒子即使相隔數光年之遙,也能夠具有相互聯繫的特狌。這種『相互聯繫』特狌看似詭異,一如雙胞胎所謂的『心靈感應』,又如那些不可捉摸的未知的意識和靈異東西。那麼這種『隱形』聯繫是否存在呢?下列有個『量子隱形傳態』的方案,可以使量子資訊或者稱量子態在某處消失,隨後在遠處重現,有點像上述神話中的『遠距傳物』,具體懆作過程如下......」