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第十四章 大量子（第2页）

根据量子力学理论，电子、光子等微观粒子具有叠加态的特征，它们可以在同一时间内以波和粒子两种状态同时存在，也可以在同一时间内同时存在于AB两处。

如果能够对电子和光子的这一特征加以运用，让它们代替传统计算机中的微小磁体成为计算机的最小单位，那就可以制造出不可思议的量子计算机来。

同一个电子、同一个光子，既可以是“0”

，又可以是“1”

，这种处于叠加态的量子比特远比传统比特承载的信息量大，只需要10个量子比特就可以同时表示普通二进制的1024个信息，只需要20个量子比特就可以同时表示上百万个信息。

除了叠加态外，电子、光子等微观粒子还具有纠缠态的特征。

所谓纠缠态，就是两个有关联的微观粒子会产生神奇的量子纠缠现象，当一个微观粒子产生某种状态的改变，比如说左旋时，另一个微观粒子就会顺势产生与此相对应的状态改变，变为右旋。

最为不可思议的是这种相对应的改变没有任何时间上的迟滞，它是超光速的，哪怕一个微观粒子在银河系的这一头，另一个与之相纠缠的微观粒子在银河系的另一头，改变也会瞬时发生，它们就仿佛具有心灵感应一般。

这种鬼魅般的纠缠态特征是真正让量子计算机大显神威的法宝，量子比特本就有叠加态，如果让它们再相互产生纠缠的话，其表达的信息容量和处理信息的能力将以指数增长。

一个量子比特所携的信息和所处理的信息会即时与另一个量子比特分享，它们可以进行高效快捷的并行计算。

量子比特间的相互纠缠并无数量限制，一个量子比特可以同时与多个量子比特产生相互纠缠，形成相互纠缠的网络。

量子计算机内拥有的纠缠态中的量子比特越多，它拥有的信息存储能力和并行处理能力就越强大，每多增添一个纠缠态的量子比特，它的性能都会提升一个数量级。

正因如此，量子计算机是信息处理技术上的质的飞跃，是前所未有的科技革命。

以穷举法进行串行计算的传统计算机同进行并行计算的量子计算机相比起来，就如同煤油灯同电灯间的差距那么悬殊，它们的亮度有着云泥之别，它们的工作原理和工作机制也有着本质的区别。

人类对量子计算机的梦想由来已久，早在1982年物理学家费曼就提出了制造量子计算机的设想。

然而时至今日量子计算机仍旧只是梦想，原因就在于制造它的难度极大，有几个关键性的技术难题始终难以突破，其中最为棘手的一个便是退相干问题。

量子比特间的纠缠态并非固若金汤、一成不变，它们极易受到诸如噪声、震动、温度变化、电磁辐射、宇宙射线等因素的影响，从而导致彼此间的相干性逐渐降低，甚至完全丧失，再无纠缠，这种状况叫作退相干。

一旦出现了退相干问题，量子计算机的性能和状态就会大受影响，它甚至会因此而无法工作停止运转。

若想避免退相干问题的产生，人类就得制造一个能阻隔一切噪声和震动、能阻隔一切天线电波和宇宙辐射、能让温度不会出现丝毫波动的超高真空超低温设备，唯有在这样的严苛环境中，量子比特们的纠缠态才会保持稳定。

除此之外，连接超高真空超低温设备和室温测控系统的低温同轴电缆的制造，衰减器、滤波器、放大器等低温组件的制造，让量子比特产生相干性的光纤激光器的制造，单光子探测器的制造等都是棘手的问题，鉴于这些实际困难，有科学家预言量子计算机同可控核聚变一样，恐怕还需要一个世纪才能变成现实。

宇宙太过浩瀚，足够浩瀚的空间就会产生足够的奇迹，未能在地球上诞生的量子计算机却在别的星球上诞生了。

距离地球仅4。

2光年的比邻星b是一颗石质类地行星，也是一颗处在宜居带内的行星，它的半径大约是地球的1。

1倍，质量则为地球的1。

3倍，它同样拥有浓密的大气层和液态海洋。

漫长的演化过程中，比邻星b上也孕育出了生命，并发展出了高等文明。

比邻星b文明比地球文明诞生得更早，演化得更充分，因而它也比地球文明更先进，在地球人类苦苦祈盼着可控核聚变和量子计算机诞生于世的时候，比邻星b上的智慧生命早就将它们变成了现实。

拥有了这两项技术的比邻星b文明成功制造出了恒星际飞船，可控核聚变发动机可以为飞船提供强劲而源源不断的动力，而量子计算机则可以为飞船计算复杂的飞行轨道，设计最佳的飞行路线，让它根据沿途行星和恒星运行变化的情况实时调整速度和姿态，巧借引力弹弓效应，摆脱本星系的引力束缚，抵达另一个恒星系中。

比邻星b文明的首艘恒星际飞船被命名为“新世界”

号，“新世界”

号的核心部件正是一台功能强大的量子计算机，它不仅负责飞船的轨道计算，还掌控飞船的操作系统，辅助宇航员操控飞船的数十个大小发动机的启动及关闭，并且对飞船内的维生系统进行科学管理，对各个模块和部件进行实时监控，就算没有船员了，它也能将整艘飞船管理得井井有条，指挥它完成既定的飞行任务。

正因如此，这台权高任重的量子计算机被视为飞船的主核，它被船员亲切地称为“大量子”

。

同传统的串行计算机不同，大量子并不是那种方头方脑、中规中矩、有个金属外壳的机器，它没有相对固定的形状，而是以一种液态金属的模样示人。

如果未经事先介绍，乍见到它的人会以为它是一小团刚刚冶炼出来的金属，毕竟它银光闪闪，而且还在慢慢地蠕动。

大量子之所以以这种液态的形态存在，正是为了在最大限度上阻隔外界环境的影响，避免出现量子退相干，让量子比特保持稳定与安全。

别看它其貌不扬，仅有巴掌大小，却是整个比邻星b上最为精密的东西和整艘“新世界”

号上最为重要的部件。

茫茫银河系中，离比邻星b最近的恒星系便是太阳系，通过大型太空望远镜的观测和对摄动现象的捕捉，比邻星b文明知晓了太阳系共有8颗行星，其中的3颗位于宜居带内，而这3颗中个头稍大的那颗也拥有最佳的生存条件，最有可能孕育出生命。