第1章　漫话：量子计算机来了

1.1　量子技术的前世今生

1.1.1　先说说什么是量子

量子究竟是什么？

我们知道，构成物质的最小单元是基本粒子，而量子就是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元，而且它也要以某种粒子状态存在。简单地讲，量子不是粒子，它是计量能量的最小单位。

最早，量子是被一个叫普朗克的德国物理学家（如图1-1所示）在1900年提出来的，后来陆陆续续经过许多科学家的努力，其中也包括大名鼎鼎的爱因斯坦，使得量子科学体系不断完善。

如果用通俗的话描述量子，就可以这么理解：世界上，有些东西是连续的，例如打开水龙头，有水流出来，根据水龙头打开的大小，水流可以连续地发生变化。但有些东西就不能这样了，例如机枪，射出的子弹就不能连续变化，要么一个，要么两个，总之是n个，n只能是整数，你用机枪发射1/2个子弹试试？

平常，人们看到的物质是由原子组成的，可是原子世界的运动规律与宏观世界完全不同。例如，原子的能量不是连续变化的，而是一份一份的，物理学家就把其中最小的一点点分量叫作量子。后面讲到的，当今最火的量子通信就是利用这种规律做出来的通信技术。

科学家发现，光线也是不连续的，而是由一个一个光子组成的，人们称之为光量子。研究量子的科学，叫量子力学。随着研究的深入，科学家发现，微观世界的各种基本粒子，无一例外，都服从量子力学的规律，这些规律和人们日常所见的宏观世界的规律大相径庭，这让人们瞠目结舌，困惑不解。

1.1.2　宏观世界和微观世界是那么的不同

宏观世界与微观世界是那么的不同，例如，在宏观世界，波和粒子是不同的概念，但在微观世界，两者可以统一起来。例如光线，既可以看成是波——光波，又可以看成是粒子——光子，具有“波粒二重性”。

当爱因斯坦第一次提出光的“波粒二重性”的时候，遭到大多数人的嘲笑和攻击：什么意思？每周1、3、5是波，2、4、6是粒子，轮流坐庄？这不是胡说八道吗？

然而，实验证明，爱因斯坦是对的：任何时候，光都有波粒二重性。人们理解不了，也没有办法，只能慢慢理解吧。

还有，在宏观世界，一个物体的速度和位置，是可以同时准确测定的，例如飞机来了，雷达可以把飞机的速度、位置都准确测定。但对于微观粒子，就不行了，科学家发现，如果把一个基本粒子的位置测准了，它的速度就测不准了。还有，时间和能量，也只能测准其中之一。这就是著名的“测不准原理”。

顺便说一句，在微观世界，测量可不是一件简单的事，测量会破坏或改变微观粒子的状态。

还有一种难以理解的现象，就是量子纠缠。

如果把两个基本粒子“纠缠”起来（如何纠缠后面再讲），然后把这两个粒子分开，一个放在北京，一个放在上海，当你改变北京那个粒子的状态时，上海那一个粒子的状态也会同时改变，尽管它们之间没有发生任何联系。

这种“超距作用”的传播距离，还可以更远，理论上，即使两个粒子相隔若干光年，例如一个放在地球上，另一个放到织女星上，也是可以相互影响的。

这种现象，在历史上被爱因斯坦称为“鬼魅学说”，他认为违反了因果律和定域性原则，是不可信的，为此，他和量子力学的代表人物——丹麦物理学家玻尔，争论了很多年。

但是，近年来越来越多的实验证明，爱因斯坦可能错了。

2015年10月25日，荷兰代尔夫特理工大学的科学家们把两颗钻石分别放在代尔夫特理工大学校园内的两侧，距离1.3km。每块钻石含有一个可以俘获单个电子的微小空间，每个空间放置一个被纠缠过的电子，它们之间，没有任何方式的联系。实验证明，确实存在这种奇异的“超距作用”，改变其中一个的状态，另一个的状态也发生了改变。