Page 212 - 信息的脉络

·信息的脉络·
经典比特，即这只猫要么是死的，要么是活的。
经典比特存储存在何种介质无关紧要（如打孔卡、磁带等），同样，量子比
特记载于什么介质也没有关系。量子比特能够代表干涉仪中一个电子的位置：左
边是（0），右边是（1），左边和右边叠加是（0 & 1）。它可以代表一个原子自

旋的方向：上旋，下旋，或者上旋和下旋。它可以代表光子的偏振：垂直偏振、
水平偏振，或者垂直偏振或水平偏振。重要的不是量子比特所在的介质，而是量
子比特所代表的量子信息。
量子信息论（对量子比特的研究）是当前物理学炙手可热的领域。处理量子

比特的机器是量子计算机，能够做经典计算机所不能做的事。量子计算机的秘密
在于“叠加”。在一台普通（经典）计算机中，开关要么开要么关，并分别用 0
和 1 表示。而在一台量子计算机中，这两种状态可以同时出现，因此开关可以同
时表示为“1”和“0”——“1”和“0”的一种叠加。叠加不仅指两个数字各以

50% 的比例混合，而是指各种可能的混合。物理学家把这种实体称为“量子比特”
（又称量子位）。你只需要让几十个量子比特纠缠在一起，原则上就可以创造出
一台优于最好的普通计算机的设备。

香农的比特只能是 0 或者 1，量子力学中的信息单元量子比特则可以处在 0 和
1 的叠加态。在某种意义上，我们可以把处在量子叠加态的电子看作同时处在两种
自旋状态下。接下来，我们要看一下能否使用一个电子表示数字信息，除了 1 或 0
两种状态之外，电子还可能处在叠加态，即同时处于 1 和 0 两种状态。经过半个

世纪的研究，物理学家对量子层面的信息有了新的发现。他们为存储在量子系统
中的信息起了一个新名称——“量子比特”。量子态的叠加性质是量子力学的两
大关键性质之一，它是制造强大的量子计算机的基础。在传统计算机中，一个比
特位的取值要么是 0，要么是 1。在量子计算机中，量子位还可以处在量子叠加态，

即同时为 0 和 1。因此，两个量子位可以表示四个值，分别为 00、01、10、11。

量子计算机
量子计算是一个快速发展的领域，2021 年，“最大的量子计算机”的称号在

不到一个时间里，从谷歌转移到了中国科学技术大学，再到 IBM，可见竞争之激烈。
关于量子计算机，我们可以如下描述：首先必须有一个物理系统，支持使用
单个量子对象（如电子、原子、光子）存储量子比特信息。信息不仅可以是 0 和 1，
还可以是 0 和 1 的量子叠加态。启动量子计算机，我们可以使其处于量子叠加态

下，因此原则上量子计算机会同时为所有可能的逻辑路径计算结果。首次证明量
子计算机比传统计算机更强大的戴维 . 多伊奇把这个性质称为“量子并行性”。但

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