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量子科技和量子力学 在日常生活及医疗保健的应用

江晃荣 · No.379

 

 

使用半导体的电子设备的设计,如个人电脑、行动电话、核磁共振检测及雷射振荡等,都是基于量子力学原理。电子工程也与量子力学密不可分,特别是超导现象,目前量子力学的应用已延伸到现代生活的各个领域。

 

任何商品的行销都要有吸引消费者的诉求,以保健品为例,一直以高科技名词宣传,由上一世纪开始,先是生物科技产品,接著是干细胞、波动能量、奈米、太赫兹波,目前是量子,但这些科技名词都很专业,一般人不一定懂,只能听业者的说词。而现在正流行的量子产品又是在诉求什么呢?

 

认识量子

 

量子(quantum)是物理学中用于各种现象的最小物理量单位。这个字来自拉丁文,意思是「多少」,在主要研究宏观物理的经典力学中,是一个不可分割的基本个体,也是用实数表示的连续量;例如,电量是基本电量的整数倍的值,「光的量子」是光的单位,若如以500元为最小单位,则一批钞票以500元为主,不可分割,只能依500元倍数向上计算。

 

「量子技术」是指利用量子力学(quantum mechanics)的特殊性质进行资讯处理等的技术,特别是在量子计算、量子密码学、量子模拟、量子测量、量子感测和量子成像等实际应用中,利用「量子纠缠」(quantum entanglement)和「隧道效应」的物理和工程新领域。量子是很深奥的科学理论,不容易了解,在科学领域,如太阳表面黑子变成磁铁,被解释为量子力学首先阐明的现象。

 

在技术领域中,大多数微观领域相关的技术都是基于量子力学原理,例如使用半导体的电子设备的设计,如个人电脑、行动电话、核磁共振检测及雷射振荡等。电子工程也与量子力学密不可分,特别是超导现象,目前量子力学的应用已延伸到现代生活的各个领域。

 

量子技术在生命科学的应用

 

可透过生命科学研究使用针对线虫的量子束产生的大量量子生物技术种子,提炼成真正可用的技术。透过量子生物技术的研究和开发,将为解决农业、医学和环境等各个领域的问题做出贡献,例如减轻农作物害虫防治的环境负担,并提高使用生物感测器进行样品检验的准确性。

 

  1. 量子束开发疾病和线虫防治技术(农业领域)

作物和森林造成巨大损害的害虫线虫,透过将量子束辐照技术应用于害虫和线虫的防治目标,是实现不依赖农药的环境友善农业。

 

  1. 动植物生物学功能阐明与应用(基础生命科学领域)

致病线虫和与线虫共存的植物,阐明构成生存策略基础的一些生物学功能,并利用这些资讯开发不依赖农药的控制害虫线虫的方法。

 

  1. 利用生物体的感测器提高样本检测的精确度(医疗和环境领域)

利用线虫的高灵敏度感测器(感觉器官),建立一种准确检测生物和环境样本中微量物质存在的方法,并证明其有效性。

 

  1. 生物技术与量子科技

先进生物计划的量子研究政策,一是大力培育数据、人工智慧、生物技术结合的量子数位生物技术;二是透过生物技术与量子制造创新,实现传统石化材料产业转型为生物材料产业;第三,透过以尖端生物技术为基础的量子创新技术,提升人民生活品质和健康水准;第四,解决气候变迁、碳中和、粮食危机、传染病等人类共同问题。

 

量子医学

 

量子医学(quantum medicine)中的「量子」与物理学所称量子不太一样,前者是指同时具有粒子性和波性的最小能量单位,即原子和分子的奈米级世界(十亿分之一公尺),所以量子包括构成原子的电子、中子和质子,以及中微子等基本粒子。

 

透过使用量子力学的概念,可以阐明其中一些疾病和症状的机制。在实际诊断和治疗中,将量子力学、心理学、哲学、神经生理学等领域结合起来,应用于多种治疗形式。

 

量子医学是一种利用弱电磁波等刺激来影响体内细胞和分子的医疗技术,该技术旨在调整被治疗的细胞和分子的振动频率,并恢复到健康状态。以背痛为例,许多下背部疼痛的情况,大脑只是感知疼痛,实际的下背部并没有病理性恶化。不只背痛,大脑功能异常也会导致全身症状,与传统医疗技术相比,量子医学的特征是治疗过程中副作用和疼痛较少。

 

量子医学可望对以下症状和疾病有效:

  1. 腰痛:腰痛有多种类型,从慢性到急性,尤其是慢性腰痛,会干扰日常生活。量子医学根据腰痛的原因,以适当的低频磁、光、声音等进行治疗。

 

  1. 卧床不起:量子医学对卧床不起的病人和老年人,有很大的作用,卧床不起时,肌肉力量和体力会下降,会进一步恶化健康状况。量子医学治疗可以恢复身体机能,例如改善运动表现和增加肌肉质量。

 

  1. 失智之预防:量子医学可刺激大脑神经传导、促进神经细胞再生、改善大脑功能衰退,有望减缓痴呆症的进展并改善症状。

 

  1. 巴金森氏症:巴金森氏症是一种中枢神经系统疾病,会导致四肢震颤和肌肉僵硬等症状,传统治疗改善症状的功能有限,长期用药的副作用也是一个问题。量子医学有望透过活化神经细胞来改善巴金森氏症的症状,此外,与传统药物治疗不同,其副作用较小,适合长期治疗。

 

由于量子技术的兴起,许多保健品都宣称是引用量子技术,如量子饮用水、量子水机、量子能量产品、量子腰带、手环等。也有量子纠缠产品及专书出现,「量子纠缠」是指几个粒子在相互纠缠作用后,由于各粒子所拥有的特性以综合成为整体性质,因此无法单独描述每一粒子的性质,只能呈现整体系统的性质。这些高科技量子技术产品,其实消费者都无法充分了解其究竟,只能自我判断了。