除了光速,，我們甚至可以用類似的角度來看待物理學(xué)中的各種基礎(chǔ)常數(shù),，尤其是那些有量綱的常數(shù)，它們很可能不是絕對不變的宇宙初始變量,，而只是某些更底層的物理規(guī)律導(dǎo)致的一種結(jié)果,。比如電子的電荷數(shù)值，或者質(zhì)子的質(zhì)量等等,。
從另一方面來想,，既然我們感覺常數(shù)之上還有更底層的規(guī)律，那么常數(shù)絕對不變也不是那么不可挑戰(zhàn)了,。就好像光速,，雖然在底層上有普朗克長度和時(shí)間做為計(jì)算基礎(chǔ),，但是更基礎(chǔ)的約束很可能來自宇宙要絕對避免不同物質(zhì)在相同時(shí)空的重疊可能，那么在某些特殊的情況下（比如量子尺度運(yùn)算精度不足造成的重疊BUG）,，這個(gè)光速限制就有可能是會(huì)被打破的,，這也體現(xiàn)了一種很容易理解的程序思維：下層邏輯必須服從上層邏輯的約束。
怎么樣,，作為一個(gè)普通觀眾,，我們不僅又理解了一個(gè)現(xiàn)在最最前沿的科學(xué)難題，而且還獲得了一種全新看待宇宙規(guī)律的視角,，有沒有一種成就感,？
我們再來談?wù)劻孔蛹m纏問題吧，這個(gè)問題最近提到很多,，也有朋友問到怎么用游戲的視角來解讀量子糾纏問題,，那我們這一更就聊下我們作為玩家如何理解量子糾纏。
開始前,，我們了解一些基礎(chǔ)知識(shí)先,。 所謂量子糾纏，其實(shí)就是指微觀世界里面發(fā)生的一種特殊的多粒子的耦合行為,。通俗來說,，就是幾個(gè)粒子聯(lián)成了一個(gè)整體系統(tǒng)了。
不過它們聯(lián)成的不是一個(gè)整體,，而是一個(gè)整體系統(tǒng),，也就是說每個(gè)粒子還是單獨(dú)存在的，而且可以分開,，但是從關(guān)系上呢，它們之間又存在某種不可分割的整體關(guān)聯(lián),。
量子糾纏就是粒子的波函數(shù)發(fā)生了混合 一旦粒子之間有了這種糾纏關(guān)系之后,，這些彼此糾纏的粒子不管身在何方，它們之間都能瞬間互相影響,，而且這種影響不隨距離的改變而消失,，而且彼此之間的影響似乎也沒有任何速度上的限制。
比如說,，一對相互形成糾纏的粒子（我們把它們比作一對兄弟吧）,，我們把這對兄弟粒子彼此分開，然后讓它們向相反方向飛去,，并讓它們盡可能的飛的相距更遠(yuǎn)一些,，比如讓它們相距百萬甚至千萬公里以上。然后,，這時(shí)候我們觀測其中一個(gè)哥哥粒子的某些屬性,，比如觀測它的自旋方向,。
一旦當(dāng)我們觀測到這個(gè)哥哥粒子的自旋方向后，另一個(gè)弟弟粒子就能同時(shí)就能感應(yīng)到它的兄弟被觀測了,，于是它馬上也就顯示出一個(gè)跟它哥哥完全相反的自旋方向來,，以保持他們彼此絕對互補(bǔ)。
你瞅瞅這個(gè)過程,，是不是會(huì)感覺其實(shí)并沒有那么復(fù)雜難懂,。也許這對粒子在分開時(shí)候自旋方向本來就是相反的，它們只不過保持了角動(dòng)量守恒嘛,，所以不管跑多遠(yuǎn),，你看了其中一只，自然就知道另一只的方向了啊,。
就像兩只鞋子,，本來就是一對，不管你把它們分開多遠(yuǎn),，你只要看到一只是左腳的,，自然馬上知道另一只就是右腳的嘛，這難道有什么奇怪的地方嗎,？ 問題自然沒有那么簡單,，科學(xué)家們自然也不會(huì)沒想到。他們當(dāng)然知道這種可能性,，但是他們深入的研究了這個(gè)問題后發(fā)現(xiàn),，糾纏粒子之間的關(guān)系并沒有角動(dòng)量守恒這么單純，它們有著更深入的互補(bǔ)性,。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),，兩個(gè)粒子如果自旋方向簡單相反的狀態(tài)和兩個(gè)粒子糾纏伴隨觀測變成絕對自旋互補(bǔ)狀態(tài)，兩者之間其實(shí)從數(shù)學(xué)角度來比較是不太相同的,。這兩種互補(bǔ)模式在數(shù)學(xué)上能發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的差別,，而這個(gè)差別被一名北愛爾蘭物理學(xué)家J·貝爾給抓住了，他提出了一個(gè)著名的貝爾不等式,，用一個(gè)數(shù)學(xué)不等式清晰的顯示出了兩種自旋模式之間的數(shù)學(xué)差別,。經(jīng)典狀態(tài)下粒子的自旋模式是符合這個(gè)不等式的，而量子理論里粒子自旋會(huì)突破這個(gè)不等式的約束,。
貝爾不等式的樣子,，大家看看就好 這一段雖然我們盡量沒引用太多物理或者數(shù)學(xué)公式（唯一只是展示了一下貝爾不等式的樣子），但也是不太容易理解的,，因此我們還是轉(zhuǎn)換到虛擬世界的視角來重新講述一下吧,。 我們又來到我們創(chuàng)造的“量子世界”游戲中。
話說在游戲里,，系統(tǒng)生成了一對寶箱,。在每對寶箱里面有一只漂亮的蝴蝶精靈,。而且我們已知，寶箱里面的蝴蝶精靈的顏色只有白色和黑色,，每對寶箱里的蝴蝶顏色則一定是相反的,，它們是一對“雙子”精靈。
那么毫無疑問,，如果有一對寶箱,，那么無論什么時(shí)候我們打開其中一只寶箱看到了里面的蝴蝶的顏色的話，就能馬上知道另一只寶箱的蝴蝶顏色,。
成對的游戲?qū)毾?，但是這個(gè)游戲的設(shè)計(jì)師告訴我們，這種成對寶箱的程序?qū)崿F(xiàn)方式其實(shí)有些區(qū)別的,。具體說就是成對寶箱其實(shí)有兩種實(shí)現(xiàn)方式,，一種是事先就生成好了一對雙子蝴蝶，然后再分別裝在不同寶箱里,。這種先有蝴蝶再裝進(jìn)寶箱的方式我們命名為“傳統(tǒng)寶箱”,。而另一種呢，則是在你打開成對寶箱中的任意一只的一瞬間,，才馬上執(zhí)行生成蝴蝶的代碼,，在兩只箱子里立刻生成一對顏色相反的雙子蝴蝶，我們將這種寶箱命名為“量子寶箱”,。
于是游戲的設(shè)計(jì)師想挑戰(zhàn)我們,，想讓我們試試看，能不能通過觀察分辨出哪一對寶箱是傳統(tǒng)寶箱,，哪一對是量子寶箱,。 這個(gè)挑戰(zhàn)看起來似乎不可能完成，因?yàn)楹唵螐拈_箱后的觀察結(jié)果來看,，似乎兩種形式的寶箱都是完全一樣的,，兩種都是裝著顏色相反的雙子蝴蝶而已，我們似乎無法分辨兩者有什么不同,。
但是，我們玩家都是很有耐心的,，經(jīng)過認(rèn)真的反復(fù)擺弄兩種不同的寶箱,，重復(fù)開箱過無數(shù)次以后，我們還是發(fā)現(xiàn)了一些差別,。我們發(fā)現(xiàn),，雖然每組寶箱里面的蝴蝶顏色都是相反的，但是對于量子寶箱來說,，這兩只蝴蝶的行為似乎更加對稱一些,，比如剛開箱的一瞬間,，兩只量子寶箱里飛出的蝴蝶連飛行方向也是完全相反的，甚至每只蝴蝶精靈其他的行為也都是完全相反的,。而傳統(tǒng)寶箱則完全沒有這種現(xiàn)象,，傳統(tǒng)寶箱里的蝴蝶除了顏色區(qū)別，其他則看不出有什么關(guān)聯(lián)性,。
所以,，我們感覺量子寶箱里面的蝴蝶精靈才是“真·雙子”蝴蝶，而傳統(tǒng)寶箱里面的則是“偽·雙子”蝴蝶,。
自此,，我們就成功的分辨出了兩類寶箱的差別，我們完全能夠通過觀察開箱后蝴蝶的行為或者其他一些屬性來判斷,，這組寶箱究竟是量子寶箱還是傳統(tǒng)寶箱,。而且，我們還更進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn),，任何量子寶箱一旦打開過以后,，這個(gè)寶箱就馬上變成傳統(tǒng)寶箱了，你就算把蝴蝶再裝回去,，這個(gè)寶箱也不會(huì)再變成量子寶箱,。
其實(shí)這也很好理解，因?yàn)楹呀?jīng)生成出來了嘛,。量子寶箱里的蝴蝶之所有表現(xiàn)出那么優(yōu)美的對稱性,，其實(shí)就是因?yàn)樗鼈兪莿倓偙怀蓪ι沙鰜淼模鼈冎挥性谏傻囊凰查g才能展現(xiàn)出完美的對稱感,。等到后面,，你再怎么擺布這些已經(jīng)生成好的蝴蝶，也無法再獲得那種對稱感了,。
而且我們用程序刷新出這對蝴蝶這個(gè)過程也是不可逆的,，所以只要蝴蝶已經(jīng)被程序生成出來后，它就不可能再變回成為一段代碼,，不能被再生成一次,。那么，量子寶箱也就蛻變成了一個(gè)傳統(tǒng)寶箱,，永遠(yuǎn)也不可能再變回成原來的狀態(tài)了,。所以，量子寶箱其實(shí)是一種一次性的寶箱,。
這個(gè)技巧很快就被大家用來判斷某個(gè)量子寶箱是否被人打開過了,，因?yàn)榱孔訉毾渲灰蜷_過一次，那么它就變成了傳統(tǒng)寶箱，我們就可以用觀察蝴蝶行為的方式判斷出它已經(jīng)不是量子寶箱了,，它已經(jīng)被人打開過了,。大家還發(fā)現(xiàn)，量子寶箱的這種神奇的特性非常有趣,，它幾乎是無解的,，沒有任何人有辦法把打開過的量子寶箱還原回去，就像我們不能把一段程序運(yùn)行得到的結(jié)果再變回成一段程序一樣,。
那么量子寶箱的這個(gè)神奇的特性可以用來做什么呢,？大家想到了什么沒？ 有人很快想到了,，我們?nèi)绻岩粡垖懡o別人的字條也同時(shí)放在量子寶箱里,，那么不就可以防止別人偷看了么。因?yàn)?，任何人想偷看量子寶箱里面的字條,，就必須打開寶箱，但是只要量子寶箱被打開過了,，那就無法還原回去了,，這樣收到寶箱的人通過判斷寶箱是否被打開過從而知道里面的紙條是否被別人偷看過了。
這樣,，量子寶箱可以成為一種游戲中絕對安全的“郵件封印”,，就像古代的火漆封箋一樣，一旦封上就可以保證里面信息的絕對無法在不破壞封印的前提下被別人看到,。而且火漆可以有辦法偽造,，量子寶箱卻絕對偽造不了（請記住，是理論意義上的絕對偽造不了）,。
我們上面講述的這個(gè)虛擬世界游戲的例子,，其實(shí)就是對應(yīng)著量子糾纏和由此發(fā)展而來的量子加密通訊技術(shù)的基本原理。 量子寶箱就是象征著處于糾纏態(tài)的量子對,，傳統(tǒng)寶箱則是普通的粒子對,。開寶箱的過程其實(shí)就是我們的觀測行為。所以,，所謂量子加密,，并不是一種無法解開的加密算法，而是利用糾纏量子來搭載傳遞信息的方法,，這樣傳遞可以一定程度保證信息的安全性,，接受者能準(zhǔn)確無誤的知道自己是否是信息的第一個(gè)閱讀者，而且不用擔(dān)心有人偷看過之后又偽造了量子態(tài)來假裝這個(gè)信息沒有被閱讀過,。
所以量子加密通訊其實(shí)傳遞的還是經(jīng)典信息，信息傳遞速度也并沒有超越光速，也同樣有可能被竊聽,，只是無法被不察覺的竊聽而已,。 量子加密的絕對安全性其實(shí)是來自于量子糾纏的狀態(tài)被退相干后（就是觀測后）是無法被人為復(fù)原的特性。
處于糾纏態(tài)的量子對在被觀測的時(shí)候,，這一對粒子的狀態(tài)才同時(shí)確定（你也可以說是同時(shí)生成）,，而且它們一切的狀態(tài)一定都是相反互補(bǔ)的，這種互補(bǔ)性用傳統(tǒng)的粒子對無論如何也模仿不出來的,。這種差別也就是貝爾用數(shù)學(xué)描述出來的貝爾不等式所表達(dá)的含義,。
科學(xué)家為了驗(yàn)證這種互補(bǔ)性確實(shí)存在，已經(jīng)做過了無數(shù)次的試驗(yàn),，他們把糾纏態(tài)的光子對分開幾萬公里,，甚至在太空中找到分開更遠(yuǎn)的糾纏粒子，反復(fù)的測量它們的行為,，每一次都證明了貝爾不等式是成立的,。
這種現(xiàn)象放在現(xiàn)實(shí)里其實(shí)是非常令人難以理解的，因?yàn)閮蓚€(gè)糾纏粒子在物理距離上已經(jīng)相隔千萬里之外了,，但是它們依然能保持超越時(shí)空的協(xié)調(diào)性,，而且絕對不是簡單的動(dòng)量守恒能解釋的，它們表現(xiàn)的就像完全沒有被分開一樣,。這種令人費(fèi)解的現(xiàn)象,，就算強(qiáng)大如愛因斯坦也感到不可思議，甚至愛因斯坦的后半生時(shí)間都一直在和量子物理的這些現(xiàn)象斗爭,，他試圖證明粒子之間不可能通過超越光速的速度傳遞信息（定域性）,，也不可能通過一只粒子的狀態(tài)知曉另一只的狀態(tài)（實(shí)在性）。
結(jié)果很不幸,，現(xiàn)實(shí)中的實(shí)驗(yàn)一次又一次的證明愛因斯坦是錯(cuò)的,， 要知道，愛因斯坦當(dāng)年創(chuàng)立出的偉大的相對論就是依靠著定域性和實(shí)在性才能成立,，而相對論在宏觀上同樣也被證明是對的,。物理學(xué)的兩大著名理論彼此矛盾，但是居然都是對的,，量子理論在微觀領(lǐng)域被證明是對的,，而相對論在宏觀領(lǐng)域也被證明是對的。
這令大家有沒有想到什么,？其實(shí)物理學(xué)上這一幕已經(jīng)發(fā)生過了,，就是所謂的“黑體輻射問題”，這個(gè)限于篇幅就不詳細(xì)談到了,。
總之,，在現(xiàn)實(shí)世界里面想要統(tǒng)一這兩大理論是非常非常困難的，困難直到現(xiàn)在還沒有任何人能做到。這也是物理科學(xué)現(xiàn)在最前沿的目標(biāo)之一,，也就是所謂的“大一統(tǒng)”理論,。很多科學(xué)家認(rèn)為，人類一旦掌握了大一統(tǒng)理論,，那么整個(gè)物理學(xué)將進(jìn)入一個(gè)新的境界,，人類的科技水平也將隨之產(chǎn)生飛躍式的進(jìn)步。
不過在現(xiàn)實(shí)中人類最頂尖科學(xué)家也難以做到事情,，在虛擬世界里,，我們卻可以放飛思維，大開腦洞,，讓我們普通人也能嘗試?yán)斫馊祟愴敿庵腔鄱紵o法解釋的問題,。
你看，如果是在虛擬世界里,，量子糾纏的種種神秘現(xiàn)象也就不再稀奇了,。
在虛擬世界里，我們把所有的粒子在非觀測狀態(tài)都假設(shè)成為一段代碼函數(shù),，而兩個(gè)糾纏的量子其實(shí)就是重新編碼在一起的同一個(gè)波函數(shù)而已,，只不過區(qū)別就是這是一個(gè)“雙子函數(shù)”，我們?nèi)绻\(yùn)行這個(gè)雙子函數(shù)可以一下得到兩個(gè)粒子的數(shù)值,。
如果是這樣的話,，糾纏態(tài)的兩個(gè)量子為什么會(huì)如此同步就非常好解釋了，因?yàn)樗鼈儽緛砭褪峭粋€(gè)函數(shù)輸出的兩個(gè)互補(bǔ)的運(yùn)算結(jié)果嘛,。
這種運(yùn)算行為和距離無關(guān),，無論這兩個(gè)粒子在物理距離上被分開多么遙遠(yuǎn)，它們在本質(zhì)上還是屬于同一個(gè)波函數(shù),，只有當(dāng)我們觀測其中一只的時(shí)候,，這個(gè)波函數(shù)就瞬間被執(zhí)行并輸出了一對結(jié)果到兩只粒子上。所以,，另一只的狀態(tài)馬上就得到確定了,，而且兩只粒子的狀態(tài)一定是絕對，完全互補(bǔ)的,，因?yàn)樗鼈兌际莿倓倧耐粋€(gè)波函數(shù)里生成出來的,，也這種剛剛刷新的互補(bǔ)狀態(tài)才能突破貝爾不等式的數(shù)學(xué)約束。
所以,，突破貝爾不等式實(shí)際上正好證明了這兩個(gè)粒子是在觀測時(shí)候剛剛同時(shí)產(chǎn)生的,，而不是事先就存在的。因?yàn)槭孪染陀械膬蓚€(gè)粒子無法在經(jīng)過長途傳輸之后還能保持如此一致的協(xié)調(diào)性,，也無法突破貝爾不等式的約束,。
愛因斯坦說,，如果量子物理是自洽的，那么世界的定域性和實(shí)在性我們必須放棄一個(gè),。而愛因斯坦一直都堅(jiān)持兩者都不肯放棄,，因?yàn)樗南鄬φ摼褪且揽績烧叨闪⒌摹Ｋ运荒苻D(zhuǎn)頭試圖證明量子物理本身是不自洽的,，他提出了一個(gè)又一個(gè)的佯謬企圖推翻量子理論，可惜他并沒有成功,，他所提出的那些佯謬后來反而都成為了反證,，令的量子物理的基礎(chǔ)越來越堅(jiān)實(shí)，而這也成為了愛因斯坦晚年一直未能釋懷的問題,。 那么我們?nèi)绾慰创摂M世界里的定域性和實(shí)在性呢,？
如果從虛擬世界的角度來分析的話，這種虛擬世界背后的程序關(guān)聯(lián)性才是糾纏粒子之間的神秘協(xié)調(diào)性的根本來源,。那么,，這定域嗎，似乎虛擬世界還是保持了定域性的,，因?yàn)樾畔⒌膫鬟f并沒有超越光速,，波函數(shù)的坍縮并不算傳遞信息。那么,，這實(shí)在嗎,？這似乎受到了挑戰(zhàn)，我們能說一段代碼在被執(zhí)行前,，它的輸出結(jié)果就存在嗎,？這就像詢問玩家，在你進(jìn)入地圖前BOSS存在嗎一樣,。玩家必須回答說不知道,，也就是說粒子在被觀測前其具體屬性是不實(shí)在的，只有概率可能,。
所以,，我們采用虛擬世界的視角解讀世界的時(shí)候，實(shí)際上就是放棄掉了物質(zhì)世界的實(shí)在性,，而堅(jiān)持世界是定域的,。我們這個(gè)虛擬世界里面規(guī)定了，任何信息的傳輸速度不會(huì)超越光速,，光錐之外物體之間絕對不能互相影響,，但是這些物體并不實(shí)在，它們的本質(zhì)都是代碼,，而不是結(jié)果,，你不觀測它們的時(shí)候,，它們的屬性都不客觀存在，所以也只有這種不客觀的屬性才讓糾纏量子之間能有看不見的底層聯(lián)系來協(xié)調(diào)彼此的屬性,，所以它們才能超距關(guān)聯(lián)但又不破壞定域性,。
你看，我們對我們所構(gòu)建出來的虛擬世界的認(rèn)知又進(jìn)了一步,，我們現(xiàn)在知道我們的虛擬世界是定域但不實(shí)在的,，我們放棄了實(shí)在性但是維護(hù)了實(shí)定域性以保證宇宙最大光速的可靠，但我們又用代碼態(tài)來解釋量子態(tài),，以解決糾纏量子遠(yuǎn)距屬性協(xié)調(diào)的問題,，所以相對論依然還是成立的，量子物理也同樣是成立的,，它們在我們虛擬世界的游戲里終于成功化解了矛盾,。 我們，大一統(tǒng)了,。
我聽有同學(xué)說搞不明白量子計(jì)算到底是咋回事,，為什么量子計(jì)算就能解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)解決不了的問題，量子計(jì)算機(jī)有那么神奇嗎,？
那我們這更就來談?wù)劻孔佑?jì)算是咋回事吧,。
那么，我們從哪里開始呢,？ 還是要從我們最早講的那個(gè)最簡單的實(shí)驗(yàn)：“雙縫干涉"講起吧,。這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然簡單，但是其中蘊(yùn)含的知識(shí)真的是相當(dāng)豐富,，那讓我們再解讀看看還能發(fā)現(xiàn)什么,。
在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，我們已經(jīng)用程序員的視角做過了通俗解讀,，我們再簡單回顧一下： 當(dāng)一個(gè)單光子從光源被發(fā)射出來后,，就變成了系統(tǒng)中虛無的概率波函數(shù)。然后系統(tǒng)開始根據(jù)概率波的擴(kuò)散速度（光速）監(jiān)控概率波傳播路徑上一切即將發(fā)生的觀測事件,，當(dāng)觀測事件即將發(fā)生之時(shí),，系統(tǒng)就會(huì)瞬間結(jié)算概率波經(jīng)過的空間和路徑上的所有傳播情況，在觀測位置匯總波函數(shù)然后進(jìn)行坍縮,，最后得到一個(gè)光子的具體測量結(jié)果,，如果是光屏則得到了一個(gè)屏上的光點(diǎn)。
當(dāng)然我們也可以測量光子的其他屬性,，比如偏振角,，速度或者能量等等，總之,，你想知道什么就測量什么好了,，系統(tǒng)會(huì)從波函數(shù)中立即計(jì)算并呈現(xiàn)給你,。
等等，大家發(fā)現(xiàn)什么沒有,？ 我在這段描述里面使用了計(jì)算這個(gè)詞：”系統(tǒng)會(huì)從波函數(shù)中立即計(jì)算并呈現(xiàn)給你“,。我們這更正好要講量子計(jì)算，這里就出現(xiàn)了計(jì)算,，大家覺得是不是有點(diǎn)關(guān)聯(lián)呢,？ 可能大家要想，這也能算計(jì)算嗎,？這不就是波函數(shù)的自然坍縮么,？這里面看不出和我們所理解的計(jì)算有什么關(guān)聯(lián)啊。
當(dāng)然有關(guān)聯(lián),，大家試想一下，如果我們把光線傳播的距離拉長到比較遙遠(yuǎn)的天文尺度上,，那么當(dāng)波函數(shù)穿越了漫長的空間距離,，飛躍幾百上千萬光年，途中還要經(jīng)歷星云遮擋,，引力透鏡,，多普勒效應(yīng)等等各種影響，最后才能到達(dá)我們觀測它的位置,。但是,，在延遲選擇實(shí)驗(yàn)?zāi)钦挛覀兙椭溃ê瘮?shù)在被觀測的最后一刻,，它瞬間就會(huì)坍縮變成光子,，而這個(gè)光子里所蘊(yùn)含的特性里就自然包括了這漫長傳播路徑上的各種各樣的事件的概率影響。
這個(gè)坍縮的過程其實(shí)已經(jīng)包含了兩個(gè)進(jìn)行計(jì)算的最重要的特征,，一個(gè)是存儲(chǔ),，波函數(shù)能無盡的疊加路徑上的各種可能概率事件，這本質(zhì)就是存儲(chǔ)了大量信息,。第二則是運(yùn)算,，從復(fù)雜的概率組合里瞬間完成了坍縮結(jié)算，這就是運(yùn)算能力,。
如果說,，宇宙是一臺(tái)計(jì)算機(jī)模擬出來的世界，那這臺(tái)計(jì)算主機(jī)的算力一定是我們所想象不到的強(qiáng)大,，強(qiáng)大到我們都看不出光子在實(shí)驗(yàn)室里傳播幾十厘米和在宇宙中傳播千萬甚至億萬光年在最后坍縮計(jì)算的一瞬間有任何時(shí)間上的差別,，光子的坍縮瞬間，波函數(shù)的計(jì)算似乎是不需要時(shí)間的,，哪怕其中蘊(yùn)含的計(jì)算量無比驚人的龐大,。
那么,，就有一些科學(xué)家開始琢磨了，如果真的說我們的宇宙背后有這么強(qiáng)大的算力在支撐,，那我們能借來用用么,？
同學(xué)，你剛這個(gè)想法是不是有點(diǎn)危險(xiǎn)啊 可是,，這個(gè)想法真的很誘人啊,，你想想，造物主用的設(shè)備,，那得是天神級(jí)的吧,。
嘖嘖，這能用一下感覺要逆天啊,。 那就用一下吧,，既然造物主沒說不能用，干嘛不試試呢,。
于是科學(xué)家就打起了量子的主意,，科學(xué)家們琢磨了一下，如果要發(fā)揮量子的計(jì)算能力,，那就要用好量子的幾個(gè)特性： 一個(gè)是“疊加態(tài)”,，量子可以把各種可能性都疊加到一起，但是呢又不完成計(jì)算,，就這么疊著,，這感覺有點(diǎn)意思啊。
為什么呢,？大家想想看,，如果我們用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)要計(jì)算兩個(gè)未知范圍的隨機(jī)函數(shù)的值相乘的結(jié)果，那得怎么算,，先得不斷的跑循環(huán)讓兩個(gè)隨機(jī)函數(shù)輸出結(jié)果,，分別記錄兩個(gè)結(jié)果的集合，等到已經(jīng)充分反映出隨機(jī)函數(shù)的結(jié)果分布情況后,，再把兩個(gè)集合做張量積的運(yùn)算,，最后得到的集合才能說是兩個(gè)函數(shù)乘積集合的取樣集合。
如果我們要多算幾步類似的運(yùn)算的話,，那再牛的計(jì)算機(jī)也受不了了,。先不說運(yùn)算時(shí)間，光是存儲(chǔ)這些中間數(shù)值需要的內(nèi)存容量都是不斷指數(shù)上升的,。
所以,，如果是量子計(jì)算機(jī)的話，我們就可以把代表兩個(gè)函數(shù)的量子比特給乘法疊加起來,，成為一個(gè)新的量子比特,，只要我們不測量它,，這個(gè)新的量子比特也不會(huì)多占空間，但是它又已經(jīng)代表了計(jì)算結(jié)果,，如果我們還要繼續(xù)計(jì)算,，那也可以繼續(xù)再疊加其他的量子數(shù)值。
總之,，等最后算完,，我再測量就好，這就像光子穿越了無數(shù)時(shí)空,，最后在光屏上坍縮也就一瞬間一樣,，并不需要任何計(jì)算時(shí)間就完成了。
量子的另一個(gè)特性就是“糾纏態(tài)”,，之前在我們談到量子糾纏的時(shí)候就說過不同的量子可以彼此糾纏,，形成一個(gè)共同的整體。
這個(gè)糾纏態(tài)在量子計(jì)算機(jī)里面,，就是計(jì)算關(guān)系了,，比如我們能用糾纏的方式讓兩個(gè)量子比特相加，或者做某種邏輯運(yùn)算,，于是兩個(gè)量子比特就能通過關(guān)系糾纏成為一個(gè)整體，同時(shí)完成了一個(gè)量子態(tài)和量子態(tài)之間的計(jì)算,，這種計(jì)算本質(zhì)就是概率的彼此疊加,，相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)是用上一步的計(jì)算結(jié)果來運(yùn)算下一步，而量子計(jì)算機(jī)是直接把代碼拆散重新編程并打包成新的函數(shù)了,。
聽起來是不是還是有點(diǎn)暈,？ 沒關(guān)系，我們還是換成虛擬世界的視角再來了解一下吧,。
假設(shè)在虛擬世界的游戲里,，我們有一個(gè)寶箱需要用正確的密碼打開，而密碼的輸入是用十個(gè)10面的骰子,，骰子的十面上分別刻著0-9的數(shù)字,，然后要把正確的號(hào)碼向上朝前放到寶箱的十個(gè)小孔里面才能開啟寶箱。
一個(gè)密碼寶箱 假如我們并不知道寶箱的開啟密碼,，那么我們就需要嘗試100億次才能窮舉完所有的組合,，假設(shè)我們嘗試到50%的時(shí)候能試出密碼，那么也需要嘗試50億次,，假設(shè)我們動(dòng)作敏捷,，每秒就能嘗試一次，那么大概我們花158再加半年的樣子就可以成功了,，這真是幾代人都無法完成的宏大工程,。
那么,，怎么辦呢，我們決定不要用經(jīng)典的骰子來嘗試了,，我們換成能隨機(jī)生成0-9的骰子函數(shù),，也就是量子骰子來嘗試。
我們先制造10個(gè)量子骰子,，每個(gè)骰子都能平均表示0-9的疊加態(tài),，我們把這10個(gè)量子骰子全都塞入到寶箱的密碼口里。現(xiàn)在寶箱也被量子骰子給影響了,，它也變成了不確定的狀態(tài),，10個(gè)量子骰子能把寶箱變成什么樣的疊加態(tài)呢？自然是變成兩種狀態(tài)的疊加態(tài),，一種是開啟,，一種是關(guān)閉。
為什么寶箱會(huì)有開啟的狀態(tài)疊加進(jìn)去,？ 因?yàn)?0種骰子的全排列組合里必定有一種的正確的組合是可以打開寶箱的啊,，而10個(gè)量子骰子組合就代表了全部100億種的密碼組合可能，那么量子骰子的疊加態(tài)里面就一定包含有那個(gè)正確的組合,，我們再用骰子去和寶箱疊加,，所以得到的寶箱疊加態(tài)里面也就一定有百億分之一的狀態(tài)是被成功打開的。
到這里,，大家應(yīng)該還覺得似乎還算說得通是吧,，接下來，請大家深吸一口氣,，因?yàn)槲覀円_始進(jìn)行騷操作了,。
我們現(xiàn)在用一種量子比較器，將那個(gè)寶箱開啟狀態(tài)的微弱可能性給選擇出來（實(shí)際是翻轉(zhuǎn)其概率）,。這實(shí)際上是可以做到的,，我們能在無數(shù)的疊加態(tài)中把我們希望找到的那種狀態(tài)用量子電路給選擇出來。
好了,，我們知道這肯定是極小極小的概率,，只有百億分之一，但是不重要,，只要存在我們就能給它選擇出來,。
然后我們用一種量子放大器來放大這個(gè)開啟狀態(tài)的幾率，反復(fù)的千百遍乃至幾十萬遍的放大,，直到這個(gè)幾率接近100%為止,。 好了，我們的最后一步就是測量這個(gè)被我們篡改過狀態(tài)的量子寶箱。 按照我們之前的了解,，我們知道這時(shí)候?qū)毾鋾?huì)立即坍縮,。因?yàn)槲覀冎耙呀?jīng)把寶箱開啟狀態(tài)的可能性給大大放大了，所以現(xiàn)在坍縮的寶箱接近100%的可能性就是開啟的,，那么寶箱有極大可能就是坍縮成開啟狀態(tài)（如果不是就再來一遍好了）,。
當(dāng)然，我們的目的不是得到這個(gè)坍縮的寶箱,，我們知道量子寶箱如果一坍縮的話,，寶箱里面的10個(gè)量子骰子也自然會(huì)跟著一起坍縮。如果寶箱坍縮成了開啟狀態(tài),，那么10個(gè)量子骰子也就只能坍縮成為能開啟寶箱的的密碼組合,，因?yàn)樗鼈冎g的邏輯關(guān)聯(lián)必須被符合。然后,，我們只要去看看坍縮后的骰子狀態(tài)就輕松得到了那個(gè)用傳統(tǒng)方法要嘗試幾代人的正確密碼,！
是不是很驚喜，是不是很意外,？有沒有覺得不真實(shí),，感覺就像是你考試的時(shí)候偷看了標(biāo)準(zhǔn)答案一樣。
是啊,，我們幾乎什么都沒嘗試,，就讓這些量子們自動(dòng)幫我們“選”出了唯一正確的答案，而這個(gè)神奇的操作居然能讓我們實(shí)實(shí)在在的節(jié)省了一千多年的常規(guī)計(jì)算時(shí)間,，我們也不用等十幾代人才知道結(jié)果了,，這真的可以算的上神跡了！
可能大家還有點(diǎn)蒙是吧,，這是正常的，這是典型的量子眩暈癥狀,。任何第一次聽說這種奇怪邏輯的朋友都有可能出現(xiàn)這種眩暈癥狀,，但是不要怕，我們要學(xué)會(huì)享受這種量子微醺狀態(tài),，這是普通人接觸到神跡后的一些正常反應(yīng)而已,，我們習(xí)慣就好了。
不過為了緩解大家的這種癥狀,，我再嘗試用比較通俗的語言把量子計(jì)算的過程分步解釋一遍,。
第一步，我們首先用若干量子比特模擬了十只骰子的全部組合排列,，獲得了一組代表100億種可能性的量子骰子,；
第二步，我們接著用這組量子骰子輸入到加密寶箱，就得到了“”輸入全部骰子組合后的全部寶箱的組合”,，這個(gè)全部寶箱的組合就相當(dāng)于我們把100億種的骰子密碼全部輸入后得到的100億種寶箱的狀態(tài)的集合,。而這個(gè)集合很顯然是由1種開啟狀態(tài)和99億9999萬9999種關(guān)閉狀態(tài)組合在一起的，而且這100億種狀態(tài)的概率目前全部都是相同的（都是100億分之一）,；
第三步,，我們用量子比較器把寶箱組合里面唯一的那種開啟狀態(tài)先選擇出來，再用放大器把這個(gè)特定狀態(tài)的概率翻轉(zhuǎn)后再不斷放大（相當(dāng)于同時(shí)降低其他關(guān)閉狀態(tài)的概率）,。如果我們將這個(gè)開啟概率放大到99.9%,，其實(shí)就是相當(dāng)于我們把疊加后的結(jié)果人為給扭曲成了99.9%的概率是開啟狀態(tài)；
第四步,，我們用測量的方式去坍縮這個(gè)被我們扭曲了概率的結(jié)果,，從而帶動(dòng)模擬十個(gè)骰子的量子比特也一起坍縮。因?yàn)榻Y(jié)果已經(jīng)被扭曲成大概率是開啟狀態(tài)了,，那么量子比特坍縮出的結(jié)果也大概率就是正確的開啟密碼組合,，如果運(yùn)氣不好還不是的話，那么就把上面步驟多來幾遍好了,。
你看,，我們分四步就把大象裝進(jìn)了冰箱，就說神不神奇,。
大家可能會(huì)懷疑,，難道量子計(jì)算的操作這么節(jié)省時(shí)間嗎，用那個(gè)什么比較器還有放大器操作的話,，難道不需要很多計(jì)算時(shí)間嗎,？
我們就姑且認(rèn)為現(xiàn)在量子計(jì)算中的這些操作要比我們經(jīng)典計(jì)算機(jī)里面的傳統(tǒng)運(yùn)算操作的單位速度要慢一些吧，不過這種慢只是單一指令上的慢,，而量子計(jì)算帶來的快卻是計(jì)算量在數(shù)量級(jí)上的減少帶來的快,。
你認(rèn)真試想一下我們剛才尋找寶箱密碼的整個(gè)計(jì)算過程，量子計(jì)算和經(jīng)典計(jì)算相比,，在第一步就出現(xiàn)了絕對的優(yōu)勢,，量子計(jì)算一次就拿出了10個(gè)處于疊加態(tài)的量子10面骰子（當(dāng)然具體計(jì)算的時(shí)候肯定是用量子比特來編碼模擬10面骰），這相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的什么概念,，相當(dāng)于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)10的10次方,，也就是100億個(gè)普通的數(shù)據(jù)。
如果我們要用傳統(tǒng)計(jì)算方式的話,，肯定要用10×10的循環(huán)結(jié)構(gòu)來遍歷這個(gè)10個(gè)骰子的組合數(shù)字,，逐一嘗試，但是就算我們能飛速的跑這個(gè)循環(huán),，再快也只能是以線性串行的方式進(jìn)行比較,。而量子計(jì)算機(jī)就不同了,，它可以將10個(gè)量子骰子的全部組合一次性輸入寶箱并嘗試完畢，這就相當(dāng)于做了把100億次的比較用一次并行操作給完成了,，剩下的當(dāng)然就是把操作以后的結(jié)果拿來慢慢挑出正確結(jié)果了,，而結(jié)果只有兩種：關(guān)閉和開啟，在兩種結(jié)果里選一顯然比在100億種組合里找一要容易的多,。
所以,，過程中量子的各種操作不管怎樣慢，那也比用傳統(tǒng)方式進(jìn)行100億次串行式的逐一比較要快太多了,。
事實(shí)上,，量子計(jì)算機(jī)的確也還要做不少次的計(jì)算操作，比如需要把那個(gè)極小極小的開啟狀態(tài)的概率給放大很多倍,，但是這個(gè)操作次數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于逐次比較,。科學(xué)家已經(jīng)證明了,，如果我們用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)來逐一比較的話,，N個(gè)數(shù)平均需要比較N/2次，這很好理解,，至少平均要比較一半嘛,，但是用量子計(jì)算機(jī)呢，我們只需要做根號(hào)N次放大操作就夠了,，顯然根號(hào)N是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于N/2的,，而且N越大，我們要查找的信息量越大,，那么量子計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢就越明顯,，而這就是所謂的量子計(jì)算的優(yōu)越性。
在這整個(gè)過程中,，可能大家最好奇的就是我們怎樣制作出量子骰子呢,？我們要怎樣才能用電子設(shè)備模擬出一個(gè)“沒有扔出的骰子”來呢，或者說模擬出一個(gè)具有量子特性的計(jì)算元素呢,？ 其實(shí),，這也很簡單，想要讓計(jì)算元素有量子的特性,，最簡單的辦法就是用量子本身來當(dāng)作電路元件就好了，我們?nèi)フ乙粋€(gè)量子來（當(dāng)然不是去抓一個(gè)野生量子,，野生的不好養(yǎng)活,，這個(gè)還是要在人工環(huán)境里制備出來的），然后放到計(jì)算機(jī)里當(dāng)作基礎(chǔ)元件,，這個(gè)元件的名字就叫做“量子比特”,。
現(xiàn)在制備量子比特元件的方案有很多，比如光量子，超導(dǎo),，離子阱,，中性原子等等，總之就是用某種技術(shù)把一個(gè)可操作的量子態(tài)粒子給固定到計(jì)算元件里,，然后就成為了可用的量子比特,。
當(dāng)然具體講要量子計(jì)算機(jī)的硬件方案，那寫三天三夜也寫不完了,，我們也不需要了解的這么專業(yè),，反正這些方案現(xiàn)在都還不成熟，距離真正實(shí)用還遠(yuǎn)著呢,，我們這些普通群眾用不著太過積極了,，先等科學(xué)家們搞出真正可以實(shí)用的設(shè)備再說。
好了,，我們拼盡全力,，盡量通俗的解釋了一下量子計(jì)算的基本原理，當(dāng)然還有同學(xué)問,，那么這個(gè)放到游戲視角是個(gè)什么行為呢,？
玩家開發(fā)的第六代紅石計(jì)算機(jī)來圍觀一下MC里非常牛的玩家制造的紅石計(jì)算機(jī)的行為，玩家完全用游戲元素搭建的集成電路,，包括CPU,，內(nèi)存，顯示芯片,，I/O系統(tǒng)等等,，還有屏幕，并且可以正常運(yùn)行,。
這種設(shè)備在游戲里面怎么能運(yùn)行起來,？它的算力從哪里來的？ 你猜,！
