展望未来,如果通用量子计算机得到了广泛应用,那么整个社会方方面面都会受到影响。
中科院院士、中国科学技术大学郭光灿教授接受媒体采访时表示,医疗方面,我们生产新药物的速度会大大提高,这是因为新药制造需要计算机模拟哪个配方是最有效的,使用电子计算机模拟非常慢,但量子计算机很快就能计算出来;人工智能方面,无人驾驶汽车传感器处理的速度如果使用量子技术的话反应能力就更快,性能就会提高;农业方面,量子计算机出来后,可以研究清楚光合作用是怎么回事,有科学家预言,如果这个应用研究成功了,太阳能的利用会从现有的10%提高到20%—30%,农业会出现跳跃式发展。
对量子力学的多种诠释
虽然量子力学几乎构成了当前包围我们生活的各式各样电子产品的基础科学理论,但量子力学对于人类来说,仍然是一个巨大的“黑箱”。
量子物理学中的一些现象看起来“毫无章法”,有的似乎完全说不通。所以物理学家就基于客观存在的现象规律,通过数学工具提出了一些解释,来诠释这些现象,试图让量子物理能“说得通”。但是由于我们并不知道这些量子现象背后的原理,因此这些诠释就有点像盲人摸象——对一个事物的描述存在多个版本,且都有缺陷。
量子力学告诉我们不能再用位置这样的物理量来描述电子、质子等粒子。例如,电子没有固定的位置。取而代之,我们用它们可能处于的位置来描述它们。为了表示电子处于某个位置的概率,物理学家引入了一个叫做波函数的数学工具。电子的每一个可能的位置都被称为一个状态,波函数给出了电子处于任何一种状态的概率。
哥本哈根诠释是量子力学的主流版本。它认为,当我们对波函数进行测量时,除了一个特定状态的概率外,其他所有状态的概率都变为零,被测量到的状态概率变为1。这确保了电子有一个固定的位置,而不存在于其他任何地方。这种一个特定状态的概率变为1,其他概率都变为0的过程被称为波函数塌缩。但是我们无法知道波函数在哪里以及如何塌缩。波函数描述的每一个可能的位置都有机会成为电子所处的特定位置。哥本哈根诠释实际上只是对量子不确定原理这个现象所做的描述,并没有实际探究这个原理。
多世界诠释有点类似科幻小说中最喜欢使用的“平行宇宙”概念。该诠释认为,波函数对电子位置的其他预测不但没有消失,而且还全部发生了,只不过它们都发生在彼此不相干的世界里而已。这听上去就像,如果你在这个现实里做了什么糟糕的决定,别担心,也许在另一个现实中,你仍然可以获得一个完美的结果。但这种诠释也带来了一个问题——它让概率失去了意义。