量子理论对空间和时间理论的影响。20世纪初物理学从经典力学到量子理论的变革，对于空间和时间的观念同样引起了革命性的变化，也引起物理学界的窘迫 。量子力学描述的系统的空间位置和动量、时间和能量无法同时精确测量 ，它们满足不确定度关系；经典轨道不再有精确的意义等 ，如何理解量子力学以及有关测量的实质，一直存在争论 。20世纪末 ，关于量子纠缠 、量子隐形传输 、量子信息等的研究对于与时间–空间密切相关的因果性、定域性等重要概念 ，也带来新的问题和挑战。
量子力学与狭义相对论的结合导致的量子电动力学 、量子场论 、电弱统一模型，包括描述强作用的量子色动力学在内的标准模型 ，虽然取得很大成功 ，但也带来一些挑战性的疑难 。在深刻改变着一些有关时间–空间的重要概念的同时，也带来了一些原则问题 。如真空不空、存在着零点能和真空涨落 ，大大改变了物理学对于真空的认识。在此基础上 ，量子电动力学的微扰论计算可给出与实验精密符合的结果，然而这个微扰展开却是不合理的 。对称性破缺的机制使传递弱作用的中间玻色子获得质量 ，然而黑格斯场的真空期望值和前面提到的零点能 ，在一定意义上相当于宇宙常数，其数值却比天文观测的宇宙学常数大了几十到一百多个数量级 。量子色动力学描述夸克和胶子之间的相互作用，但夸克和胶子却被囚禁在强子内部 ，至今没有发现自由的夸克和胶子 ，这个问题可能与真空的性质相关。
另一方面，量子理论预示 ，在10－33厘米 、10－43秒这样小的空间–时间尺度上 ，空间–时间的经典概念将不再适用 。要解决这个问题，必须建立理论上自洽的量子引力理论 ，即量子时空理论 。然而 ，量子理论和广义相对论如何结合一直未解决。一个或许有希望的候选者是超弦理论或M理论 。可是，在量子意义上自洽的超弦理论或M理论 ，只能在一维时间–九维空间或一维时间–十维空间上实现 。这就引起一些深刻的问题：如何回到一维时间–三维空间。为何现实的空间是三维的 ，时间是一维的，或许宇宙仅仅是高维时空中的“一片”（可称之为“膜 ”）。然而 ，从高维空间–时间回到四维空间–时间显然有不止一种方法 。那么 ，在“膜 ”宇宙之外，是否可能存在其他的“膜”宇宙？在宇宙产生于大爆炸之前，是否还会有其他的阶段等 。这些问题的研究和解决 ，与暗物质 、暗能量 ，以及宇宙常数等问题都有着密切的联系 。
量子究竟是什么
量子（quantum）是现代物理的重要概念 。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的 ，并把最小单位称为量子 。
1900 年 ，普朗克首次提出量子概念，用来解决困惑物理界的?紫外灾难?问题。
紫外灾难：19世纪末 ，科学界许多科学家已经开始深入研究电磁波 ，由此诞生了黑体，黑体则是属于热力学范畴 ，黑体是一个理想化了的物体 ，为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家以此作为热辐射研究的标准物体 。
它能够吸收外来的全部电磁辐射 ，并且不会有任何的反射与透射 。换句话说 ，黑体对于任何波长的电磁波的吸收系数为1，透射系数为0。而我们知道一切温度高于绝对零度的物体都能产生热辐射，温度愈高 ，辐射出的总能量就愈大 ，短波成分也愈多 。
随着温度上升，黑体所辐射出来的电磁波则称为黑体辐射 。紫外灾难则指的是在经典统计理论中 ，能量均分定律预言黑体辐射的强度在紫外区域会发散至无穷大 ，这和事实严重违背。
普朗克假定，光辐射与物质相互作用时其能量不是连续的 ，而是一份一份的 ，一份?能量?就是所谓量子 。
然而当时的物理界，包括普朗克本人 ，都讨厌?量子?这个怪物 ，千方百计想要将它消化在经典物理的世界之中，但却屡试不果 。
唯有爱因斯坦独具慧眼 ，提出了?光量子假说? ，他认为光辐射不仅在于与物质相互作用时的能量是一份一份的，光辐射的能量，本身就是?量子化?的 ，一份能量就是光能量的最小单元 ，后来称之为?光量子?，或简称?光子?。
后来 ，在两者基础上 ，以玻尔为首的哥本哈根学派发展出来了量子力学，哥本哈根诠释也就成为量子力学的正统解释 ，其中恩的概率解释、海森堡的不确定性原理和玻尔的互补原理 ，三者共同构成了?哥本哈根解释?的核心，量子力学与相对论共同构成了现代物理体系的两大支柱。
按物理运动规律的不同 ，我们将遵从经典运动规律(牛顿力学 ，电磁场理论)的那些物质所构成的世界称为?经典世界?，将遵从量子力学规律的那类物质所构成的世界称为?量子世界? 。?量子?就是量子世界中物质客体的总称 ，它既可以是光子 、电子 、原子、原子核 、基本粒子等微观粒子 ，也可以是BEC 、超导体等宏观尺度下的量子系统，其共同特征就是必须遵从量子力学的规律 。
量子所具有的重要特性
量子所具有的比较重要的特性有量子叠加、量子纠缠。
量子叠加最有名的就是?薛定谔的猫?理论了，薛定谔的猫是指在一个盒子里有一只猫 ，以及少量放射性物质 。之后 ，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变而猫将活下来 。
根据经典物理学 ，在盒子里必将发生这两个结果之一 ，而外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果。但是在量子的世界里，当盒子处于关闭状态 ，整个系统则一直保持不确定性的波态 ，即猫生死叠加 。猫到底是死是活必须在盒子打开后才能够知道 。
这里涉及到了一个电子双缝实验实验，在德布罗意提出了波粒二象性之后 ，戴维孙和革末通过实验确认了一切物质都具有波粒二象性后。量子力学认为当人们没有对粒子进行观察的时候 ，它们是以波的形式运动，由于存在干涉 ，穿过双缝后会出现一道道痕迹 。一旦观测后 ，它们立刻选择成为粒子，就不会产生干涉，穿过双缝留下痕迹 。
然而 ，薛定谔忘记了量子力学是旨在探究微观领域 ，而非宏观世界，有时候宏观世界是无法用来解释微观世界的。
量子力学的一个中心原则就是粒子可以存在于叠加态中 ，能同时拥有两个相反的特性 ，也就是我们说的波粒二象性 。尽管我们在日常生活中常常面对?不是A就是B?的抉择，而但在微观世界中是可以接受?既是 A 又是 B?的 ，就好像我们经常说一个人 ，不能简单判断他是善恶一样 。
薛定谔的猫可以说非常生动形象让大家看清了量子力学的本质? 一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。
叠加状态会引起量子纠缠，在量子力学里 ，当几个粒子在彼此相互作用后 ，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质 ，只能描述整体系统的性质 ，则称这现象为量子缠结或量子纠缠（quantum entanglement）。
量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象；在经典力学里，找不到类似的现象 。举一个例子，在微观世界里 ，两个纠缠的粒子可以超越空间进行瞬时作用 。也就是说 ，一个纠缠粒子在地球上，另一个纠缠粒子在月球上 ，只要对地球上的粒子进行测量 ，发现它的自旋为下，那么远在月球上的另一个纠缠粒子的自旋必然为上。
除此之外 ，量子还有一个有趣的现象 ，就是量子隧穿效应，举个例子 ，假如人在赶路 ，前面有一座大山挡住了去路，那么人如果要前往大山的另外一边 ，那么你就只能翻过山去 。但是对于粒子而言 ，它可以直接穿过去，即使能量不足，也可以穿山而过 。这就是粒子穿墙术?量子隧穿效应。
基本粒子没有形状 ，没有固定的路径 ，不确定性是它唯一的属性，既是波 ，也是粒子 ，就像是我们对着墙壁大吼一声，即使99.99%的声波被反射 ，仍会有部分声波衍射穿墙而过到达另一个人的耳朵 。因为墙壁是不可能切断物质波的 ，只能在拦截的过程中使其衰减 。
量子科学目前来说，最广泛的应用是量子通信和量子计算机。经典通信较光量子通信相比 ，其安全性和高效性都无法与之相提并论 。安全性-量子通信绝不会?泄密? ，量子通信技术被认为是?保障未来信息社会通信机密性和隐私的关键技术? 。
而量子计算则被认为是第四次工业革命的引擎，目前 ，科学界普遍认为 ，第四次工业革命将会在核聚变、量子技术 、5G 、人工智能、基因工程这5者之中诞生。
目前来说，经典计算机的发展已经陷入瓶颈，随着晶体管体积不断缩小 ，计算机可容纳的元器件数量越来越多 ，产生的热量也随之增多 。其次，随着元器件体积变小 ，电子会穿过元器件 ，发生量子隧穿效应，这导致了经典计算机的比特开始变得不稳定 。
晶体管
科学家认为量子计算机可以突破目前的困境 ，量子计算是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算 、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息 ，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。
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