凯米

奇怪的理论

在许多科幻故事中，量子计算机都曾经出现过，它们运算速度极快，只需要几十秒就可以解开电子计算机需要花数千年才能破解的密码，甚至，一个手提箱大小的量子计算机就具备模拟宇宙演化的能力。

科幻故事中的描述固然有些夸张，但量子计算机的确是与传统电子计算机完全不同的机器。在我们习惯的宏观世界里，电子计算机的处理器是用硅制造的。人们在硅的表面刻出晶体管，构建出逻辑门，来允许或者阻止电流通过，产生一个二进制的信息单元——比特。在电子计算机中，比特的状态是确定的，要么是“0”，要么是“1”，由比特组成的每一个存储位都存储着一个确定的值，比如一个两位的比特，必定存储着“00”、“01”、“10”、“11”中的一个值。

量子计算机并不是这样工作的，它以电子、离子、原子、光子等微观粒子来构建计算机的信息单元——量子比特，处理信息的理论基础源自量子力学。量子力学是一种微观世界的物理学，虽然已经建立了近百年，相当成熟，但违背直觉，超出了人们的日常生活经验。比如，量子力学中的三大基本理论——态叠加原理、退相干和量子糾缠，就显得非常诡异。

在量子世界中，粒子不仅是粒子，也是波，这就是所谓的“波粒二象性”。粒子的波动性由波函数来体现，波函数异常复杂，同时描述着粒子所有可能呈现的状态。所以，在人们测量一个粒子之前，粒子的状态是无法确定的，将会同时处于所有可能状态的叠加态上，这就是态叠加原理。……