量子計算機先導--認識量子力學

量子力學是20世紀初由普朗克、愛因斯坦、薛丁格、玻爾等多位科學巨匠創建的一門物理學分支，量 子力學是區別於經典力學、相對論（宏觀低速、高速世界），研究微觀量子世界的學科，但是量子力學的發展卻始終伴隨著否認與質疑。在我們的常識中，人類所生存的宏觀世界是由微觀世界中的粒子組成的，但是隨著量子力學的深入發展，微觀粒子呈現的多種特性是無法與宏觀世界聯繫在一起的，甚至是嚴重違背人類正常思維邏輯的，以下是量子力學中兩大最令人無法接受的特質。

1，意識能決定物質？

從唯物論來講，物質決定意識，物質是意識的載體、是人腦對大腦內外表象的覺察，但是在微觀量子世界裡這一真理卻受到了嚴峻的挑戰。參考著名物理實驗—電子雙縫幹涉實驗，起初這個實驗並沒有什麼特別，它只是驗證了微觀粒子具有波粒二象性，即粒子、量子不僅可以以粒子的術語來描述，也可以用波的術語來描述。

雙縫幹涉實驗：

在量子力學裡，雙縫實驗是一種演示光子或電子等等微觀物體的波動性與粒子性的實驗。雙縫實驗是一種「雙路徑實驗」。在這種更廣義的實驗裡，微觀物體可以同時通過兩條路徑或通過其中任意一條路徑，從初始點抵達最終點。

如果電子是互不幹涉地運動，穿過雙縫落到黑板上是兩道痕跡。如果電子是以波的形式運動，由于波之間存在幹涉，穿過雙縫落到黑板上是一道道痕跡。一開始實驗表明電子以波的形式運動。即使一個個電子發射，黑板上還是一道道痕跡。於是科學家想知道為什麼一個個電子發射也會有波的現象，於是將高速攝像機對準雙縫以便觀察。重點來了：當想進一步觀察時，粒子卻是是互不幹涉地運動，穿過雙縫落到黑板上是兩道痕跡!!!

2，因果關係倒置？

按照人們的常識來講，事物都存在著先、後關係，因、果關係，例如人會先感覺到渴，然後再去喝水，這種先後的因果關係是不可逆的，將因果關係顛倒是不可能的，也是從邏輯上也是講不通的，但是宏觀世界的先、後關係，因、果關係在微觀量子世界中卻並不是適用。

可以參考物理實驗—延遲選擇實驗，上文中提到根據電子雙縫幹涉實驗的啟發，人類的觀測行為會影響微觀粒子的狀態，後來科學家又進行了微觀粒子的延遲選擇實驗，延遲選擇實驗說明人類的觀測行為不僅僅可以影響微觀粒子的狀態，還可以改變微觀粒子的先後因果關係，也就是說：人類在粒子做出選擇後的觀測行為，可以強行改變粒子之前做出的選擇，這證明了在微觀量子世界，因果關係不存在先後順序，因、果能夠先後、後先、甚至同時發生。

實驗的基本思路是，用塗著半鍍銀的反射鏡來代替雙縫。一個光子有一半可能通過反射鏡，一半可能被反射，這是一個量子隨機過程，跟它選擇雙縫還是單縫本質上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成45度角，那麼它一半可能直飛，另一半可能被反射成90度角。但是，我們可以通過另外的全反射鏡，把這兩條分開的岔路再交匯到一起。在終點觀察光子飛來的方向，我們可以確定它究竟是沿著哪一條道路飛來的。

但是，我們也可以在終點處再插入一塊呈45度角的半鍍銀反射鏡，這又會造成光子的自我幹涉。如果我們仔細安排位相，我們完全可以使得在一個方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一個確定的方向輸出。這樣的話我們每次都得到一個確定的結果（就像每次都得到一個特定的幹涉條紋一樣），根據量子派的說法，此時光子必定同時沿著兩條途徑而來！

總而言之，如果我們不在終點處插入半反射鏡，光子就沿著某一條道路而來，反之它就同時經過兩條道路。問題是，是不是要在終點處插入半透鏡，這可以在光子實際通過了第一塊反射鏡，已經快要到達終點時才決定。我們可以在事情發生後再來決定它應該怎樣發生！如果說我們是這齣好戲的導演的話，那麼我們的光子在其中究竟扮演了什麼角色，這可以等電影拍完以後再由我們決定！

雖然聽上去古怪，但這卻是哥本哈根派的一個正統推論！惠勒後來引玻爾的話說，「任何一種基本量子現象只在其被記錄之後才是一種現象」，我們是在光子上路之前還是途中來做出決定，這在量子實驗中是沒有區別的。歷史不是確定和實在的——除非它已經被記錄下來。更精確地說，光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間「到底」在哪裡，是個什麼，是一個無意義的問題，我們沒有權利去談論它，它不是一個「客觀真實」！惠勒用那幅著名的「龍圖」來說明這一點，龍的頭和尾巴（輸入輸出）都是確定的清晰的，但它的身體（路徑）卻是一團迷霧，沒有人可以說清。