量子物理的日常應用

量子物理學的特點就是違反常識，舉個例子，量子物理學有一個名為‘隧道效應’（tunnel effect）的奇怪現像，想想，若你以身撞牆，常識告訴我們不外祗有兩個可能性，一是牆身無損，你就留在牆前的一邊（至於是否需要召喚救護車或黑箱車，就不說了）。另一可能性就是如超人一樣，把牆撞破而到達牆的另一邊。

但是難以想像的是你和牆壁都完好無缺，但你就是穿牆到了另一邊！

量子物理學就是違反常識！

但是‘隧道效應’我們就是天天在用，甚至是時時在用！甚麼？我可沒有穿牆啊！你沒有，事實上，按照量子物理學的計算，你是有可能穿牆的，但機會之微，可能你不停撞牆，撞上幾百億年，還不能穿上一次呢！但對於電子來說，穿牆就是‘家常便飯’，穿牆的概率就和電子的動量（momentum）和阻隔的強度有關。一如以往，我盡量不在這裏使用數學推導，但可以這樣比喻，將你自己想像成電子，在低動量時房間才有意義，當你高速運動時，你便可以在不損壞牆壁和自己的情況下，穿過牆壁到另一邊。

隧道效應很早就在電子學上有應用，但並不是人人都會用得到。可是今天就差不多人人都會不停使用隧道效應的產品，這就是快閃記憶（flash memory），也即是記憶咭、usb手指、智能電話等等……的記憶裝置！

記憶體基本上可分為揮發性（volatile）與非揮發性（non-volatile），揮發性的意思是記憶祗有在電源存在下才有效，我在《短暫的記憶》一文內便討論過動態記憶體（dynamic memory），其記憶有效時間短於十分一秒，必需經常的刷新（refresh），才能保持記憶。

望文生義，非揮發性記憶就是無需電源也可長時期保存記憶，今天大家都習以為常，但這實在是項很大的技術挑戰。而flash memory正是應用了隧道效應達成這任務。

大家可以把flash memory想像成一間‘獨立’的房間，我們可以觀察這房間電子的數目，便可以決定其記憶的資訊，實際運作會比較複雜，特別是有所謂MLC的設計，但就以SLC為例，我們可以簡單地認為當這獨立房間的電子數量達致某一水平時，這便是1，反之便是0。

我很強調‘獨立房間’，動態記憶同樣是用電子量來記憶資訊，但其‘房間’並不獨立，可以看成是個和外面世界有管道連接的水箱，水（電子）可以通過這些管道進出，我們也通過這些管道測量水箱的水量，但也不可能避免地會‘漏水’，所以記憶祗可維持非常有限的時間。可是問題就來了，既然是獨立房間，我們又如何可以令電子鑽進去和走出來呢？

這便是隧道效應神奇之處，祗要電子的動量大於某水平，它便可以‘穿牆’！把資料寫入flash memory，就是要在控制下增加電子的動量，這便可以令其進出這間獨立房間，當其動量回復正常水平時，電子便會‘乖乖’的留在‘獨立房間’內！變成‘永久’記憶。

我就是經常說，很多人說量子物理學都是誤解，因為可與日常生活類比的都不是量子物理學，我們無法想像一個人可以秋毫無損自己和牆壁的情況下，穿越牆壁。但在微觀世界，這些事情便經常發生，而電子學便經常用這些違反常識的現像，製成我們天天在用的產品。神奇！神奇！