【关键词】量子  量子力学  量子信息  量子计算  量子革命

【中图分类号】O413                               【文献标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2021.07.002

导言

近年来，“量子”一词频繁出现在我们的生活中。我们经常听说量子科技的最新进展，一些研究领域在各方面也更突出量子元素。因为量子之热，社会上还出现了乱用“量子”概念或名词，甚至用“量子”一词行骗的情况。

量子科技的最新研究进展是，Google公司的科学家宣称，他们研制的一个量子处理器能够在两百秒内完成一项计算任务（实现所谓随机量子线路取样，在输出态中，统计基本量子态概率分布），[1]而这个计算任务是目前超级计算机需要很长时间才能完成的（Google的科学家说是1万年，后来IBM的科学家说是两天半）。由此可见，对于某些计算任务而言，即使只有几十个量子比特，量子计算已经具有巨大的威力，尽管这样的量子计算过程有噪声，缺少容错功能，还不是普适量子计算机。这就是所谓的量子霸权（quantum supremacy）或量子优势（quantum advantage）。

为了解释什么是量子计算机，我们首先要解释“量子”是什么。后文还会提到，“量子”一词其实有几个不同却又相关的含义。

热辐射和不情愿的量子启动者

“量子”一词起源于20世纪初。[2]当时，英国著名物理学家开尔文勋爵宣称，物理学晴朗的天空中有两朵乌云。其中之一是电磁波的媒介一直没有找到，水波的媒介是水，声波的媒介是空气或者其他可以传播声音的物质，人们将电磁波的媒介称作以太，但是一直没有找到。电磁波，或者简称光，按照波长从长到短，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线;它们都是振动的电磁场在空间的传播，区别只是波长或者频率不同（光速是一样的，频率等于光速除以波长）。……