“物理就是一切，一切都是物理。”
——理查德·費曼
世界上第一次出現量子計算機這個概念，是在1982年。在那個滿大街還是“大屁股”計算機的年代，費曼與一群具有卓見的科學家，已經意識到了經典計算機的侷限性，以及未來發展量子計算的必要性。
然而，據量子計算機的提出已經過去了將近40年，經典計算機性能突飛猛進，甚至出現了可以下圍棋的“alpha Go”。而量子計算機的發展卻舉步維艱。
問題究竟出在哪？
隧穿與“麥克斯韋妖”：工藝與物理法則的衝突
根據摩爾定律：計算機芯片每18個月會更新一次，性能也會翻一番。
但是，經典計算機發展到今天，CPU的性能已經接近於極限。目前，經典計算機面臨著兩個主要瓶頸：隧穿效應和“過熱”。
1、隧穿效應
眾所周知，芯片的體積非常小，如同人的指甲蓋一般。就在這樣一塊電路板上，需要集成數以億計的電路。當電路的密集程度達到一個極大值時，就會不可避免的出現“量子隧穿現象”。
什麼是量子隧穿？假設一根電路中的粒子在運動的過程中遭遇到一個位勢壘（勢壘就是勢能比附近的勢能都高的空間區域，在此狀態下可以將相鄰線路看做勢壘）。如果以經典物理學來看，如果該粒子具有的能量低於勢壘，該粒子是不可能移動到相鄰區域的。但在量子力學中，該粒子會有概率穿越到相鄰區域。這與人類現有的認知背道而馳。
2、信息=能量，物理法則中的“過熱”
在物理學中，有一個著名的“神獸”——麥克斯韋妖。
簡單的說，設想有一個絕熱容器被分成相等的兩格，“麥克斯韋妖”在中間控制著一扇小“門”，容器中的分子會做無規則的熱運動時，勢必會撞擊到容器中間的門。“妖”可以選擇性的將速度較快的分子放入一格，而較慢的分子放入另一格，這樣，其中的一格就會比另外一格溫度高，可以利用此溫差，驅動熱機做功。
也就是說，一個容器中的氣體，逐漸變成“一邊熱，一邊冷”情況。如果“麥克斯韋妖”真的存在，人類或許可以通過某種方式，實現熵的可控性。
需要注意的是，此處的“熱過”並非是因為材料引起的，而是物理法則上的“過熱”。信息的存儲與擦除都是需要能量的支撐，根據信息論：kTln2~10^-21J(k 為玻爾茲曼常數，T 是環境溫度)。也就是說，每擦除1 bit的信息，環境中的熵將增加kln2。而在實際中所進行的運算都非常複雜，所產生的能量將會是一個龐大到可怕的數字。
除了材料與物理定律“過熱”的情況，量子計算還有一個更大的難題——可逆性。
量子計算機究竟比傳統計算機強在哪？
大家可以思考一下：什麼叫做計算機？什麼叫做計算？
顧名思義，計算機就是用來計算的機器，而計算的本質是將物理系統的事物具象化。
從這個角度來講，老祖宗使用的算盤，也屬於計算機。而且，計算必須依託某種切實存在的事物。
在科幻小說《三體》，秦始皇就使用人力模仿與或非門來計算太陽的運行軌跡。這就是一種藉助力學所造的計算機；同樣的道理，還會有光學計算機，磁學計算機……
但是，在當下，無論是哪種計算機都不會脫離宏觀物理學，也就是說，根據一個單一的運算結果，我們無法推導出運算過程。就像等式1+1=2。我們可以很輕鬆的通過過程得到結果，卻不能由過程得到結論，單獨放出2這個數字，過程有可能是1+1，也有可能是2+0。這便是宏觀物理中，信息的不可逆性。
而量子計算機的長處就在於此——實現信息的可逆性。通過結果得知過程，但如何具體實現，仍然是個未知數。
量子計算機遇到的問題，實際上就是量子物理界的困局：量子世界到底是個怎樣的量子世界？
親眼所見，亦非真實：“表裡不一”的量子世界
不知道大家有沒有想過這樣一個問題：我看到的世界，就是真正的世界嗎？
以顏色為例，在大多數人的印象中：草是綠的，花是紅的。但實際上：我們看到的各種事物都是因為光的反射。光在照射到物體上然後發出反射光，反射光再進入到人的眼睛裡，人就看到物體了。由於物體對光的吸收和反射情況不同，於是才有了“顏色”這個說法。
換句話說，我們根本不知道事物本身是什麼顏色，同樣的道理，事物的其他特性，也都是我們通過自己的感官，接觸到後所做出的的主觀判斷。
那麼人類能不能通過某些手段，直接獲取到事物的本徵呢？
最開始科學家們認為，只要能夠觀測到現象，就可以推出結論。直到那項令人頭皮發麻的詭異實驗——雙縫干涉實驗。
實驗的大致內容是：科學家在雙縫前安裝了粒子探測器，想要觀察單個電子究竟是從哪條縫穿過去的時候，屏幕上的條紋消失了，也就是說這時發射的單個電子並沒有同時穿過雙縫，而是隻通過了其中一個縫，這表明此時的電子是以粒子的形態穿過雙縫的，粒子一顆一顆打在屏幕上形成一條長光紋。
而當科學家撤走探測器，不觀察粒子運動經過哪條縫時，屏幕上明暗紋路又出現了。這時一個電子又變成同時通過雙縫，電子彷彿有生命一般，和人類玩起了捉迷藏！
也就是說：來自外界的干擾，會影響事物原本的狀態，人類此刻所做的事情，可能在改變過去！
經典物理，量子物理；宏觀世界，微觀世界……他們之間的界限到底是怎麼樣的，那處於該界限的物質又是怎樣一種形態？
量子是不是意識：誰殺死了“薛定諤的貓”？
量子學中有一個非常著名的問題——薛定諤的貓。
這隻可憐的貓一直處於生和死的疊加態，如果不打開盒子親眼去看，人們永遠也不知道它是死是活。假設貓死了——誰又是殺死貓的“兇手”？這個問題困擾了人們大半個世紀後，終於在退相干的理論下得以解決。退相干理論認為：在觀測到貓的那一刻起，貓有百分之五十的可能活，也有百分之五十的可能死。但世界已經從觀測這個動作發生時就開始了退化，由量子形式變為了經典物理。貓死了便是一種退相干的情況。
也許會有一些人認為，貓的死是因為觀測的人，如果按照這種說法，人似乎具備著某種異能可以決定事物的狀態。頗有王陽明“我不看花，花便不開”的心學做派。但實際上並不是如此，因為在物理學上，觀測並不是簡單的去看，而是根據所被觀察的事物對於外界干擾的反應。外界干擾有很多，施加的壓力，周圍環境的改變，打光在其範疇。真正的“兇手”就是外界干擾！
將退相干的概念放大，世界便根本不存在微觀與宏觀的界限，經典物理學和量子物理學的關係也變得朦朧起來。想要製造出量子計算機，就必須先解決退相干現象，不然量子計算機始終都擺不脫經典計算機的影子，這也是量子計算機不能實現最為核心的問題！
從量子計算機這個大膽的設想被提出，迄今為止已經過去了半個世紀。
人類想要實現某種事物，就必須先摸清楚它所基於的物理法則。但現在的情況是：人類對於微觀領域幾乎是一無所知。更別說攻克量子計算機了。
物理物理，本質就是事物的道理。人類科技的步伐，還有很長的路要走
閱讀更多 愛思考的奧特曼 的文章
