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Take Home Message
• 物質波的波粒二象性是量子力學的核心概念，而波函數則可以用來描述一個粒子在空間中的機率分布。
• 為了讓社會大眾了解量子科技，並培養對於量子科技有興趣的人才，量子熊計畫集結了臺灣多所大學的物理學家，希望能推廣量子科學。
• 量子熊的內容包含 podcast、YouTube、文章等，透過多元化的形式吸引不同族群的觀眾，使量子科學普及化。

 
由一群物理學家組成的量子科學推廣團隊，能碰撞出什麼火花？
 
走鐘獎，是臺灣YouTuber和新媒體創作者的年度盛會。在去（2023）年的第五屆走鐘獎中，一部講述多重宇宙、量子力學、聽起來既艱深又複雜的科學影片入圍了金頭腦獎。而這支影片的幕後操盤手，就是「量子熊」（QuBear）。

為了因應量子科技的興起，臺灣政府在2022年3月投入80億元，打造了「量子國家隊」，並將任務聚焦在通用量子電腦硬體、量子運算軟體、光量子電腦與通訊上。但也由於量子科技要實際走入應用還有一段距離，因此培育人才、激發年輕學子對於量子科學與科技的興趣，以避免未來相關領域人才短缺，也就變得相當重要。量子熊便是肩負推廣量子科學的使命而誕生，透過podcast、YouTube、文章等多元管道傳播知識，吸引各年齡層的視聽大眾品味量子的迷人風采。在這次的物質波100週年專輯中，我們特別訪問了量子熊計畫的總主持人⸺清華大學物理學系特聘教授林秀豪，聊一聊量子熊團隊創立至今的心路歷程。

物質波與量子力學

不過物質波與量子力學究竟有什麼關係？其實說到量子力學，就不能不先提到物質波。它是量子力學中的基本概念，說明所有物質都具有波粒二象性。「物質波是什麼東西在動，最後才產生了波？」林秀豪問道，我們在日常生活中熟悉的波都是由物體震動而產生，例如水波、聲波等。然而，物質波卻與一般的波不同⸺它並不是由某個物體震動之後產生的效果，而是由物質本身的波動性產生。
 
物質波的波粒二象性是量子力學的核心概念，它顛覆了我們在古典物理學中對於物質的傳統想像。在古典物理學的理論中，我們可以確切地知道一個物體的運動軌跡，例如它在某個時刻的位置、速度等資訊；到了量子力學，卻沒有辦法知道粒子在空間中的正確位置，或是它在下一秒可能會出現在哪裡。在量子力學的世界中，粒子在空間中的位置和動量皆不確定，只能用物質波的波函數描述它們在空間內的位置、動量的機率分布。
 
量子力學的這項特點可以廣泛應用於化學、半導體等領域。像是在化學的軌域研究中，電子出現在原子、分子外的機率分布，就可以利用波函數推導而得出；半導體研究中，物質波則被用來理解其中的能帶結構（electronic band structure）〔註〕，可以根據波函數確定電子在半導體內的能量。「量子力學等於是目前我們所知的科學中，最重要的基礎。」即便我們在生命體內看不到直接的量子現象，但許多機制仍由量子力學掌控。林秀豪進一步舉例說明，物質波在碰到障礙物時，不像古典力學一樣直接反彈，而是可能會有90％的機率反彈、10％的機率穿透障礙物。若將這個特性應用於手機電晶體的設計，就有可能製造出的導電性更高、速度更快的電晶體。不過如果要將此特性套用在生物上，例如一隻貓要試著穿透牆壁，那麼牠穿過去的機率就變得極小⸺雖然不是零，但是基本上我們觀察不到這種事件。
 

〔註〕在半導體中，電子可以存在的能量區域。

量子熊的緣起和目標

自1980年代起，臺灣的半導體產業開始蓬勃發展並且持續、快速地成長，至今在世界上仍占有著一席之地。完整的半導體產業聚落更是掐住了許多國家的咽喉，因此也有不少國家試著拆解臺灣半導體產業成功的原因。不過此優勢可能會隨著時間逐漸削弱，「不是說半導體產業不見了，而是你沒有辦法再藉由一些特有的技術，讓其他人覺得『沒有臺灣的話整個半導體產業都無法運作』。」面對這樣的狀況，臺灣政府就必須思考下一個能夠在國際間具有影響力的科技是什麼？量子電腦是其中一個相當具有潛力的領域，但也因量子電腦距離真正的商業應用還需要一段時間，使得中、長期的人才培育變得相當重要。……【更多內容請閱讀科學月刊第649期】

量子熊團隊討論節目內容。（林秀豪提供）