量子世界上真的能打破时空局限吗（深层解读诡异的量子世界）

我们生活在丰富多彩的大千世界，每天起床睁开眼，看到的是周围熟悉而确定的客观存在的事物：房子，衣柜，电视，电脑，当然还有自己的家人。

起床之后你会上厕所，然后洗漱。虽然你根本不会在意，但你显然知道马桶就在那里，牙刷和洗面奶也在那里，这些东西不会无缘无故的消失。

这一切都是如此的熟悉，我们也如此的习以为常，因为在我们的宏观世界，万事万物都是可预测的，或者说都是确定的，都有一套我们熟知的可预测的大自然法。

马桶没人动它，当然它会在那里，不会消失。这就是经典力学中的可预测性。只要我们遵循一定的大自然法则，都可以对万事万物做出精准的预测。

举个简单的例子，很多人都打过篮球，理论上分析，只要我们能完美地控制投篮的力度，方向，角度，还有投篮瞬间的风速，湿度等等因素，你就一定能投进篮。这就是可预测性。

还有更简单的例子，你面前有一堵两米高的墙，你不可能直接穿墙而过！

不过到了量子世界，一切都大有不同！我们在宏观世界熟悉的一切都变得如此陌生。一个物体静止在那里，如果没有外力作用，它一定会在那里。但是到了量子世界就不再是这样了。一个物体能同时出现在两个地方，这对于生活在宏观世界的我们来讲，简直太疯狂了。

如果量子力学没有诞生，有人告诉你“一个物体可以同时出现在两个地方”，你一定会认为他疯掉了！

但是量子世界就是如此怪异，更怪异的是，这种“怪异”真实存在，但科学家到目前仍不清楚这种怪异的内在机制到底是什么：到底是什么力量让量子世界如此怪异？

这种“无知”一直困扰着科学家们，也深刻影响到了我们对现实的理解。不过随着现代科学的发展，科学家距离真相越来越近了！

这一切得益于量子计算机的概念。量子计算机比传统的计算机更具有优势，如今的传统计算机计算速度已经足够强大，但在量子计算机面前，传统计算机显得太“慢”了，如果人类能成功建造出量子计算机，一场颠覆性的计算革命就会到来！

这还得从伟大科学家爱因斯坦说起。

19世纪末20世纪初，爱因斯坦是当时世界上一大批年轻科学家的佼佼者，他们对客观世界的研究掀起了一场物理革命。

之前的物理学家普遍认为光是一种波，但爱因斯坦发现的“光电效应”彻底改变了人们对光的认知，光也会表现出粒子行为。既是粒子也是波？这让科学家们非常困惑。

这种困惑让科学家们不得不重新思考物质（包括光）的结构。经过深入研究，科学家们发现微观粒子更会表现出光滑的特性，用波函数的数学方式来描述是最好的方式。波函数能计算出微观粒子在某个地方出现的概率，在被观测之前，微观粒子可能出现在任何地方。

波函数描述的这种“概率”会产生让我们感觉到“匪夷所思”的结果：当你面对一堵10米高的实体墙时，赤手空拳的你无论如何到不了墙的另一边，但在量子世界这都不是事，你完全有可能直接“穿越”到墙的另一边，这就是“量子隧穿现象”，因为微观粒子在可以随机地出现在任何地方，或者说在任何地方出现的概率都不是零。

爱因斯坦认为量子世界的这种不确定性很荒谬，于是他和鲍里斯·波德斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)一起发表了论文，就是著名的“EPR悖论”（Einstein-Podolsky-Rosen paradox），展示了一种由概率控制的世界。

在“EPR悖论”中，展示了在一定的条件下，两个微观粒子可以成为一个整体，纠缠在一起，任何一个粒子的行为改变都会瞬间影响到另一个粒子，不管两者相距多远，这也是“量子纠缠”。

但是在经典物理学中，爱因斯坦的狭义相对论强调信号只能以光速传播，不可能瞬间完成。比如说相距一光年的纠缠中的粒子应该需要亿年时间才能做出反应。但是根据“EPR”的观点，两个粒子之间可以瞬间反应，也难怪爱因斯坦称其为“幽灵般的超距作用”。

推翻伟大的爱因斯坦

当时爱因斯坦的威望很高，但量子力学的奠基人之一薛定谔提出自己的观点反驳爱因斯坦，他把量子纠缠称为一种现象，同时提出量子世界与宏观世界应该分开来看。

不过以爱因斯坦为首的物理学家坚持用经典物理的方式来诠释诡异的量子纠缠现象，其中一个解释就是：两个纠缠中的微观粒子一开始就有确定的特性，而这种特性只是通过观察才发现的。

用宏观世界的例子打个比方：你把一副手套分别放在相距非常遥远（比如说100光年甚至更远）的两个地方，当你看到左手套时，瞬间就知道另一只手套是右手套了。“另一只手套是右手套”这个信息并不是你观测时才出现的，而是本来就是如此，就是现实的一部分，是确定的。

这个理论似乎很好地用经典物理方式诠释了量子纠缠现象，同时又遵循了经典物理学的“局域性”（在量子非局域性得到证实之前，物理学界普遍认为粒子具有局域性，光速是一切物体和信息传递的速度极限，这也叫局域实在论，是爱因斯坦等物理学家在20世纪初提出来的）

不过从1964年开始，以约翰·斯图尔特·贝尔为首的物理学界们相继进行了一系列非常精密的实验，结果证明量子纠缠确实是一种现实存在，也就意味着量子世界具有非局域性。

但关于局域性与非局域性的争论并没有停止。

支持EPR的物理学界们提出了另一种观点：量子世界同样具有与经典世界相似的规则。还拿刚才的一副手套举例子，EPR支持者认为，任何物体的属性都是固定的，可以通过某些正确的方式来发现这些属性，右手套永远会是右手套，这是永远不会变得属性。无论通过何种方式观测它，都是如此。

但贝尔的实验表明，在量子世界，两个微观粒子确实会有影响。言外之意，一个粒子的属性与另一个粒子息息相关，当我们观测其中一个粒子时，两个粒子的整体属性会受到影响，这太违反人们的直觉了！

不过为了找到量子世界之所以如此怪异的根源，就需要进行一个非局域性设计的测试，而且要在两个不同的环境中进行相同的测试，然后比较结果。这样做的挑战很大，因为即便是外界非常微小的任何影响（比如说噪音等），都会导致测试的微小变化，从而改变测试结果。

2016年，两个科学团队分别对量子背景进行了测试，方法十分强大，证实了量子世界的怪异性，但很长一段时间没有得到应该有的认可，缺乏爱因斯坦等物理学大佬的认可。毕竟对于当时的物理学界来讲，量子世界的非局域性太令人震惊了，因为这种非局域性颠覆了现实中的基本元素：时间，空间还有因果关系。

不管如何，真正意义上的量子计算机很可能在短时间内被研制出来，如果这一天真的到来了，将对我们日常生活产生重大影响。

传统的计算机，只是负责操控信息执行命令，依靠芯片上的数亿个晶体管来实现。每个晶体管只有两种状态：开和关两种状态（用1和0表示）。如果有足够多的晶体管，理论上可以做任何事情，甚至模拟我们真实的宇宙。

而量子计算机会更加强大，量子位的波函数不仅仅能以1和0两种形式存在，而是会有新的组合，这就是所谓的叠加态，也对亏了地诶阿泰，单个量子位也可以同时代表两种状态。

所以，经典计算机需要一次尝试所有可能的解决方案时，量子计算机可以同时尝试每一个可能的解决方式！这种改变绝对的颠覆性的。

但这一切只是理论上分析，实际上远非这么简单，量子算法其实也是非常复杂的。

诚然，量子计算机潜力巨大，但很多关键性技术仍未得到解决。由于微观粒子叠加态的存在，即便是物理学专家也很难理解量子计算机到底在做什么。

对于很多科学家来说，量子纠缠是“很可怕的”，因为它彻底颠覆了我们之前所有的传统认知。但量子力学经过了百年发展，它的核心早已不是与我们传统认知有悖的看似杂乱无章的理论，而是一种真实存在的理论，量子世界的真正行为特征会为量子计算机提供革命性的计算优势。

最后还是憧憬一下量子计算机，当它真正问世的那一天，或许就是量子世界的奥秘真正呈现在世人面前的时刻！