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这是一个非常了不起的计算机算法结果,但很快有人指出这个结果只是数学家的定理而已,因为谁也造不出来量子计算机。量子力学有个“未知不能复制”的原理:一个未知量子态是不可能随便完全复制一份的,即,经典计算理论里的简单重复纠错的办法在量子世界里是不可行的。
1995年,秀尔发现,在量子计算里还是可以有纠错的办法。因此,大约在1996年的时候基本上已经证明:理论上是可以造出大规模量子计算机。量子纠错这个工作非常重要,奠定了建造可扩展通用量子计算机的理论基础。
从某种意义上讲,任何一个量子物理实验室都有一种量子比特,但能否用它做量子计算机则是一个完全不同的问题。谷歌用超导体做了一个6乘9方块的量子芯片,本来是54个量子比特,但有一个坏掉了,所以就是53个可以计算的量子比特。他们的文章宣布做到了所谓的“量子霸权”——证明存在一个量子计算机只需三分种就能解决的问题,而世界上最好最快的超级计算机估计也要一万年。当然,科学实验一定要能被别人重复,到现在为止别人还没有能重复。假设有别人能重复,那就证明量子计算是一种新的计算模型,而这种新模型是基于量子力学理论的。
毕达哥拉斯说过,任何事情都可以用数来代表。这个观点在计算机理论里表现为任何一个问题的解决都可以变成一个函数的计算:输入的是一个数,算出的答案也是一个数。什么是计算模型呢?每一个物理理论都能给出一个计算模型。选定一个物理理论,然后给我一个数,把这个数变成这种理论里物理系统的一个态,这个物理系统就会随着时间的流失而演化,这个演化的过程就是计算的过程,停下来的时候物理状态给出一个数,就是计算结果。当然停下来的时候要刚好停在给出答案的状态上。
所以,计算模型就像一个黑匣子,把经典力学放进去就是经典计算模型——图灵机。我们现在用的计算机模型都是基于经典物理。如果在黑匣子里放进量子力学,计算模型就是量子计算。
量子现象怪诞不可思议,所以各种解释说法都有,由此而建立的量子力学是一次物理革命。一个重要原因在于量子力学在微观世界里给我们一种新的存在状态的描述。量子力学最重要的原理是量子叠加。任何经典上可能的状态都可以成为线性叠加中的一员。
一个具体例子就是著名的“双夹缝实验”,如果你躲在双夹缝屏幕背后,有人用一支电子枪打你,什么地方是最安全的?如果电子是一个经典的粒子的话,显然是两个缝中间的背后最安全。然而,电子不是经典的,电子是量子的,你认为安全的地方是最不安全的。实验发现:两个缝中间背后是最容易被打中的,就是因为量子线性叠加原理。双夹缝实验存在各种解释,但是量子力学给出了最科学的解释。在双夹缝实验里每个电子有两个态,一个态是电子可以从左边的缝过去,另一个态可以从右边过去,两种可能可以作线性叠加,所以才会出现匪夷所思的现象。