量子计算机：改变信息时代的发明（上）

【美国《发现》月刊１月号文章】题：了不起的量子计算机
最“无能”的网络
来看看世界上最没用的计算机网络：它位于加州理工学院的一幢教学楼内，
总共只连接了两台处理器，占据了地下室的整个走廊，向外传输着一成不变的一
位信息。目前该网络还没有运行，但纵然它真的运行起来，或许也只是向外传输
一位信息。加州理工学院的研究人员杰夫·金布尔说：“我们觉得，如果它能在
新千年到来之前运行起来，就很不错了。”
金布尔实际上正设法建造世界上第一个量子计算机网络。从某种意义上说，
他稍稍超前了一点，因为世界上还没有任何人——包括他自己在内——能够接近
于制造出一台可实际使用的量子计算机。所谓的量子计算机是指利用处于奇异的
多现实态下的数据进行运算的计算机——这种多现实态是量子力学的标志。这项
研究在过去一两年里已经取得了一些重要进展。例如，麻省理工学院物理学家内
尔·盖尔森费尔德实际上已经制造了一台简单的量子计算机。这台计算机做不了
很多事情——它所能做的只是从一份包括４个名字的名单中挑出一个名字，不过
它做这件事的速度比传统计算机要快。
量子“克隆”与寻找皮包
量子计算技术的好处究竟在哪里呢？想像你处在一个庞大的办公大楼里，你
需要从大楼的几百个办公室里找到被随机遗留在某张桌子上的一个公文包。你也
许得走遍整幢大楼，打开一间又一间办公室的房门，寻找公文包。同样，普通计
算机或多或少需要以串行方式对“１”和“０”组成的长长的数据串进行运算处
理，直至最后获得计算结果。当然，你也可以组织一个寻包小组，分别派人去不
同楼层寻找，然后再把小组成员全部叫回来，对寻找的结果进行比较，从而加快
寻找公文包的速度。普通计算机也可以做这种工作，具体的方法是把一项任务分
解成若干单元，并且利用几台处理器并行地进行各单元的工作。不过，这种额外
的协调和沟通需要很高的间接损耗。但是，如果不是亲自去找包，也不是指挥一
个寻包小组去寻找，而是按大楼内房间的数目立即复制出相同数目的你自己，你
的所有这些副本可以同时查看所有的办公室，然后到最后——除了找到公文包的
那个副本以外，你的其他所有副本将会消失，那样的话，情况将会如何？
这是量子计算机如何工作的一个例子。量子计算机将利用这样一个现象：在
某些条件下，原子世界的“居民”以多现实态存在——即原子和亚原子粒子可以
同时存在于此处和彼处，可以同时表现出高速和低速，可以同时向上和向下运动
。为什么会有这种现象呢？甚至连物理学家都没有就此形成一致意见，然而过去
７０多年里进行的无数次实验已经证实了这种奇异的现象。如果认为这些不同的
原子状态分别代表不同的数字或其他类型的数据，那么就可以利用一组具有不同
潜在状态组合的原子，在同一时间对某一问题所有可能的答案进行探寻。利用一
些巧妙的手段，可以使代表正确答案的组合脱颖而出。
“测不准”用途和手表装配
但是，量子计算机的前景并没有多大的保证。任何计算机如果不能通过编好
的程序来执行特定的任务，就无法派上大用场，而许多研究人员一直想要知道的
是，量子计算机究竟是否能够处理现实世界的计算问题——或者至少其运行速度
是不是明显快于传统计算机。
实际上大多数应用任务并不适合量子计算机。这是因为典型的计算任务，例
如计算卫星的轨道或旋转一个图形，需要运用以串行方式进行处理的计算机逻辑
，即每一步处理取决于上一步的结果。量子计算机无法加快这类任务的处理速度
。举例来说，如果不是要你寻找放在一个房间里的公文包，而是要你用散落在所
有房间里的元件组装成一只手表，那么，拥有自己的多个副本并不是多大的优势
。不管是由某人自己、还是由此人的１０００个副本来做这件事，都得有人走进
每一个房间，取出手表元件，并且按照正确的次序、每次一个地把每个元件安装
到装配中的手表上。要实现所希望的结果——在这个例子中是安装好手表——就
需要每一个搜寻者完成自己的那部分工作：任何人的贡献都是必不可少的。（上
）