关于量子的7个常见误解

任何科学突破或革命都至少会伴随着两件事：发展与困惑。

发展，作为突破的动力，带来了理解层面上、和技术上前所未有的飞跃；困惑，因为新的发现会引起误解，甚至有些人会利用新的趋势术语来误导大众。

拿量子力学来说，它的发现不仅完全颠覆了我们认识世界的方式，而且是反直觉的。它充满了难以解释的概念和实验结果。所以大量误解地出现，也是情理之中的。

量子计算也不例外，即便是在以惊人速度发展着，人们对量子计算机的工作原理和性能还是存在一些误解。毕竟，这些设备是基于量子力学原理的。

所以在这篇文章中，笔者会罗列出一些常见的，对于量子力学和量子计算的误解。欢迎大家在评论区交流、讨论、补充，因为产生误解并得到澄清，是开始掌握一门新技术的美好途径。

量子力学使一切皆可能

这是对于量子力学最大的误解，主要是由于叠加原理和量子理论的概率性质，导致出现了许多奇怪的现象。

量子力学允许理论上一些不可能的事情发生。例如，把球踢在一堵实心墙上，然后在墙上没有出现一个破洞的情况下，球直接穿过去了。

图1｜量子随穿效应（来源：《量子杂志》）

而这类事件的发生是以量子效应作为依据的。所以这时候我们中的有些人就会做出大胆的声明：如果能够发生某些事情，那么只要它符合物理学定律，它最终就会实现。

这里的问题在于，许多人，无论是出于偶然还是故意，认为依靠这样的说法，任何事情都是有可能发生的。

使一些骗子和所谓的专家，在量子力学的基础上，为荒谬的主张自圆其说。而他们将他们忘记了，量子力学只是给出了一个非零的概率，这种概率是无法为谬论背锅的。

量子力学实在是太难啦

当然，撇开误解不谈，科学家们仍然没有完全掌握量子力学。事实上，没有人完全地理解量子力学，甚至是世界上最伟大的物理学家。

图2｜关于海森堡测不准原理的思考（来源：Medium）

这是因为我们已经接受了经典物理学所描述的世界。叠加、干涉、纠缠等量子力学有别于常识的思维，对我们来说是陌生的。

幸运的是，我们有能力进行实验并发展理论，以帮助我们了解和应用微观世界的特性。但请记住，下次你听到有人轻描淡写地使用“量子”这个术语时，请稍微持怀疑态度。

量子力学没有实际用途

量子力学可能是现代物理学中最有用的学科，一旦物理学家理解了光、原子和电子是如何工作的，就能够操纵它们。

激光、医院的核磁共振成像、发光二极管（LED）、闪存、硬盘——以及最重要的晶体管和电子器件——所有这些技术都是量子物理学家发明的。

图3｜量子力学应用的冰山一角（来源：网络）

量子计算机更快的原因

与经典计算机是由比特构成的方式类似，量子计算机也是由量子比特构成的。比特可以处于两种不同的状态之一，0或1，量子比特也可以处于这两种状态。

然而，作为量子系统，它们可以从叠加原理中获益，该原理使它们处于两者之间的任意状态。如0、1，或者是介于0和1之间的任意值。随着包含更多的量子比特，组合量子比特的可能状态的数量会迅速增加。

图4｜经典比特和量子比特（来源：网络）

被误解的地方就在于，是叠加使得极大的并行性成为可能，从而致使量子计算机比经典计算机更快。

量子比特在执行操作上是有局限性的，但尽管如此，它们比普通比特有更高的自由度。这就意味着它们在执行计算时，可以采用不同的路径，有时会带来惊人的速度提升。

而计算机完成计算任务的速度，其限制之一是完成任务所需的比特数或量子比特上的操作数。计算机科学家们一直在寻找取得结果的捷径，量子计算机允许他们走这些捷径。

最终，由于此，而不是并行性的增强，导致了量子计算机比经典的计算机更快。

量子计算机在所有任务上都比经典计算机快

通常，如果需要完成一项非常具体的任务，就会设计专门的处理器。例如，GPU是专为图像处理而设计的。

量子计算机最初的构想有一个非常明确的目的：作为一种工具，来模拟自然界超出经典计算机能力的场景。

随着时间的推移，人们发现它不仅仅能够用来模拟场景，它在大型整数分解方面做得非常好，这是经典计算机表现不佳之处。

但量子计算机不会在所有任务上都胜过经典计算机。它会做一些适度的改进，并以令人难以置信的速度进行其他工作，例如整数分解。

即使工作范围有限，如果我们希望确保数据和隐私的安全，它们也将从根本上改变我们对计算机安全的认识。

总有一天我们都会拥有量子计算机

制造一台功能性量子计算机的关键是保持量子比特的量子性质。

这些器件所开发的量子系统的特性，叠加和纠缠，是非常微妙的，普通的环境就足以破坏它们。

要让量子计算机工作，需要非常复杂的工程技术，来隔离量子比特，以确保它们尽可能不受外界影响。

最重要的是，创建量子比特并没有那么简单。

结果就是因为量子计算机是巨大的设备，所以需要高能运行，它们的应用程序范围也是有限的，这使得这些设备不适用于个人应用。

而量子计算机将会引起科学家、政府、私人公司和其他特殊群体的关注。那些有能力制造或购买量子计算机的企业，将通过云计算，为那些有兴趣的个人或公司，提供量子计算机的使用通道。

图5｜通过云使用量子计算机（来源：Medium）

量子计算机将破坏互联网安全

安全性是依赖于一些难题的，比如因式分解，使用一台经典计算机来破解一个2048位的密钥，大约需要一个国家15万年的发电能力。

然而，拥有大约10万个量子比特的量子计算机可以在几秒钟内完成这项工作。的确有点可怕，但是数学已经提供了新的方法来实现加密，是量子计算机，不能轻易破解的。

参考链接：

[1]https://medium.com/quantum1net/3-common-misconceptions-about-quantum-mechanics-eb52db0b8855

[2]https://medium.com/quantum1net/3-common-misconceptions-about-quantum-computing-5d93465ff153

[3]https://phys.org/news/2019-04-common-myths-quantum-physics.html

[4]https://blog.sciencemuseum.org.uk/quantum-computing-myths/

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