【正文】 律例如：熱力學(xué)就告訴我們一個引擎的效率有一定的極限。、以色列等的其他一些人也做過一些研究。主要原因是：他們研討的量子電腦「非常的抽象」；討論的問題總是一樣。而且跡象顯示量子電腦很容易出錯卻不易修正（加上沒有遇到神）。物理時在顯現(xiàn)出至今尚未發(fā)現(xiàn)的法則所制約的隨機性以致出現(xiàn)種種奇異現(xiàn)象，使研究這些現(xiàn)象的人都困惑不解，甚至連量子理論的先驅(qū)們都深感震撼和吃驚。然而量子理論仍是迄今為止最成功的理論。它的大多數(shù)違背常規(guī)的預(yù)言不斷地為越來越多精巧實驗所驗證。并且量子理論在更大程度上將成為新的高科技量子技術(shù)的基石。然而盡管量子力學(xué)已獲得如此大的功勞，但對其爭論仍不斷持續(xù)著。但它的關(guān)鍵在於量子隨機性的特質(zhì)。有時L探測器上紀錄到的光子數(shù)會比U探測器上紀錄到的多一些，有時則剛好相反。在單光子水準亦即在任何一個給定的時間間隔內(nèi)，我們至多只能紀錄到一個光子，這時會出現(xiàn)這樣的結(jié)果：我們根本紀錄不到光子或者只有在U探測器上紀錄到一個光子而L探測器上沒有或者相反。如果我們在單光子的水準上一便又一便的重復(fù)這一實驗，我們就會發(fā)現(xiàn)每個計數(shù)器上所紀錄到的光子大致是全部光子的一半。為了解釋這一實驗，我們提出的觀點是：當(dāng)單個光子遇到分束器的時候，它將以相等的概率被反射或透射(這里我們假定了分束器并不吸收光子)。我們所能獲得的全部知識就是這種奇怪的反射和透射現(xiàn)象。也許你可能會認為，我們應(yīng)當(dāng)更多地去了解關(guān)於光子和分束器的情況，以便能預(yù)言單個光子的確切路徑。也許每個光子都攜帶著控制他們自身行為的某種指令，當(dāng)他們遇到分束器時某種基因會告訴他們在這種情況下該如何行事，借助於這樣的一種隱變量，我們當(dāng)然就找到了解釋光子在分束器上顯現(xiàn)出的隨機性行為的一種有效途徑。假定我們讓一束光連續(xù)第通過兩個分束器如圖二所示。我們稱這兩條路徑中的一條為上路徑(U路徑)，另一條為下路徑(L路徑)。我們稍稍移動上方的反射鏡來調(diào)整光學(xué)儀器內(nèi)部的路徑長度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整鏡子的位置，可以使得僅有L探測器能夠紀錄到光強，反之亦可使只有U探測器能紀錄到光強，關(guān)於這一點光的波動理論很容易透過干涉效應(yīng)來解釋這些現(xiàn)象，干涉是波動的本質(zhì)特性，但是如果光是粒子的話我們能否對這一現(xiàn)象做出合理的解釋呢？通常我們毋須這樣做，因為實驗所采取的光都很強，以致根本不必去探測單個光子，雖然不必去探測單個光子，但是我們可以使用單個光子來做實驗。在圖二中我們將會看到，如果它被第一個分束器所反射，那它也會被第二的分束器所反射，而導(dǎo)致被U探測器所紀錄到。很顯然的隱變數(shù)這種說法是不正確的。通過對拉普拉斯規(guī)則和貝葉斯規(guī)則稍加改動，量子力學(xué)終於對此作出解釋。我們有兩個概率幅(1/2,1/2)和(1/2,1/2)。於是合成概率幅的平方和當(dāng)然是0，這表示該事件不會發(fā)生，盡管分事件中的概率不是0，而是由於我們實現(xiàn)了概率幅的相加，使得即使分事件中的概率不是0，合成事件的發(fā)生率仍可能為0。這三位學(xué)者發(fā)表了一篇已為現(xiàn)代人所熟知的題為EPR的論文。在一場愛因斯坦與玻爾就量子論的爭論中，也許大多數(shù)的物理學(xué)家認為玻爾贏得了這場爭論，但是對於愛因斯坦所提出的EPR理論，玻爾沒能給出一個確定式的回答，玻爾在EPR論文中看到在考慮多粒子體系時量子理論會導(dǎo)致純粹的量子效應(yīng)。正是在這種糾纏系統(tǒng)中，量子理論關(guān)於實在的觀點所表現(xiàn)出來的具有真正革命性的特徵變的越發(fā)明顯。這兩粒子在初始的某個時刻相互作用，然後它們被沿著相反的方向移開。例如：測量每一個粒子的動量或者測量一個粒子的動量而測量另外一個粒子的位置。舉例來說：如果發(fā)現(xiàn)一個粒子有特殊的動量，這對粒子中的另一個將恰好有一個與其大小相等方向相反的動量。這聽起來并不奇怪，而這種強關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象也引發(fā)了量子糾纏及其特殊作用隱形傳送(teleporting)，稍後再做介紹。於是代替動量的測量，我們也可很好地測出它的位置。但是量子理論的一個重要理論是：對於單個粒子，不存在著在這個狀態(tài)中的粒子有著精確的動量值同時又有著精確的位置。關(guān)於這點又將如何回答呢？傳統(tǒng)量子力學(xué)的回答是使用了一種所謂條件態(tài)(conditional stste)的概念。這隱含著如果我們制備了一大批處於相同態(tài)的粒子，這個狀態(tài)有著精確的位置但我們不是去測量位置而是測量動量，那麼我們就會得到一大串不同的數(shù)據(jù)相反地也是如此。但是如果我們選擇對第一個粒子的動量進行測量，它的第二個粒子的條件態(tài)就會與位置的條件態(tài)不，也就是說：它現(xiàn)在處的是一個有確定動量的態(tài)而不是有確定的位置。在這里量子糾纏描述了對兩個粒子實施局預(yù)測量(local measurement)其結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)并不能由通常的概率理論來解釋，然而對大糾纏態(tài)而言對其實施的局域測量其結(jié)果是完全隨機的。隱形傳送1993年3月Physical Review Litters發(fā)表了一篇引人關(guān)注的論文，其題目本身就使人難以置信：隱形傳送(teleporting)這個詞聽起來有點不尋常。同所有的量子方案一樣，這一方案也是利用了量子隨機性的奇異特性?，F(xiàn)在Bob制備了兩個處於量子糾纏態(tài)的粒子，它們具有兩種不同的磁化方向，上和下。隱形傳態(tài)表明了當(dāng)我們希望發(fā)送量子位元訊息而不是一般的位元訊息時，糾纏粒子可用來作為一個非常有用的通訊源(munication resource)。原子的高里德柏能級、光子偏振都可以作為量子位，量子位間的耦合通過原子與光腔作用或光子與光腔作用實現(xiàn)，這種方法的主要問題是很難實現(xiàn)量子們之間的連結(jié)，而且超導(dǎo)光腔需要極低溫，因此這并不是實現(xiàn)量子計算機的最佳方案。：離子阱方法用束縛在冷阱中離子的超精細結(jié)構(gòu)能級作為量子位，用兩束頻率相差很小的激光誘導(dǎo)拉曼躍遷來控制量子位的狀態(tài)，調(diào)節(jié)激光的作用時間，可以實現(xiàn)對單量子位態(tài)的任意旋轉(zhuǎn)操作，離子通過相互間的庫倫力耦合而成集體震動，不同的振動模式用不同的聲子態(tài)來表示，激光作用時與離子水平振動方向有個夾角，這樣激光的作用能同時影響離子內(nèi)部的能級和外部的集體振動，從而使兩者耦合起來，通過離子的水平集體聲子振動，量子位之間實現(xiàn)了糾纏，離子阱方法的優(yōu)點是可以直接實現(xiàn)多控制位非門(contronlnot)操作而不必用單量子位門和CNOT門去組合。(BulkNMR)：塊體核磁共振方法是利用核自旋在磁場中的塞曼分裂作為量子位，對量子位的操縱由射頻場完成，利用不同的核磁共振頻率，可以對不同的量子位進行操作，與前面兩種方法相比BulkNMR方法不是基於單原子(光子,離子)的，在這種方法中量子位是分子中原子的核自旋，不同原子的核自旋代表不同的量子位，而量子位的態(tài)是由大量同種分子的統(tǒng)計性質(zhì)來表現(xiàn)，某一個量子位的態(tài)由相應(yīng)原子的核自旋相互作用，這正好可以使量子位間產(chǎn)生耦合，得以實現(xiàn)CNOT門。三種主要實驗方法比較介紹的三種實驗方法各具特點(見表一)但共同的缺點是無法實現(xiàn)大量量子位，因此它們只能用來進行一些元理性的研究，而不能作為建造實用量子計算機的基礎(chǔ)。：優(yōu)點為可以直接實現(xiàn)contronot門；缺點是易受干擾、需要低溫條件。：優(yōu)點為受干擾小實驗可在室溫下進行；對於多量子位存在理論上的困難。在21世紀人類正積極致力於量子技術(shù)的開發(fā)，推動科學(xué)和技術(shù)更迅速地發(fā)展，相信未來的某一天中能實現(xiàn)我們期待著。然而由於量子態(tài)對應(yīng)的概率幅可正可負，使得可實現(xiàn)狀態(tài)的數(shù)目增加了一倍。：二進制碼的一個二進制數(shù)位。不確定性原理暗示著不可能將系統(tǒng)制備到一個使得所有可能的測量結(jié)果都確定的狀態(tài)上。一個位元作為控制位元，另一個作為目標(biāo)位元。：1996年12月16號英特爾(Intel)公司與美國能源部(DOE)聯(lián)合，宣布他們新近建成一臺「超級電腦」。：如果一個系統(tǒng)的一個物理態(tài)可以以多種不同的并且是未知的途徑實現(xiàn)，則此物理系統(tǒng)實際的態(tài)就是這些不同途徑的疊加。疊加原理是量子理論的一個基本特徵也是費曼規(guī)則的另一種表述形式。：、。這是第一篇揭示量子糾纏奇妙性質(zhì)的論文。：一種將入射光束分成等強度的反射光束和透射光束的光學(xué)裝置，并且在分束過程中光的總強度不衰減。這一理論使我們得以計算一個給定觀察的概率。實際概率可通過對概率幅平方而得到，它必然是一個非負數(shù)。它不能為古典牛頓物理學(xué)所預(yù)言，只是量子世界的一個新特性。：在古典物理學(xué)中，光是一種電場和磁場的自激波。電力所指的方向稱為(光)波的偏振。：尋找大整數(shù)的質(zhì)數(shù)因子。但是檢驗因子分解是否正確要比尋找質(zhì)數(shù)因子容易的多。：愛因斯坦通過假定光是以分立的全同波包(即光子)的形式傳遞能量，從而解釋了光電效應(yīng)。光強決定了光束中光子的數(shù)目。：一次測量如果等可能地產(chǎn)生兩種相飭的結(jié)果，就需要一個位元的訊息來存儲這個結(jié)果。在這種情況下這個量子態(tài)就編碼成了一個量子位元，而它在實驗上并不同於一簡單的硬幣投擲。糾纏是量子物理的關(guān)鍵特徵，這使得量子計算比古典計算強大的多。：量子理論指出物理世界是不可約地隨機的。并且測量結(jié)果的怪異性質(zhì)不能由通常的概率規(guī)則給出，必須基於概率幅的概率計算。剩下的像幾秒鐘就可以破解一般電腦算到死的密碼啦、同時多重運算啦的優(yōu)點我們就省略了。這種新技術(shù)能在微微秒破解復(fù)雜的代碼問題。 過程與相干光的極其短的脈搏有關(guān)、被發(fā)出并且與東西相互作用的量子小圓點。在調(diào)整頻率和移相光在一個更多的復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)時，梁本身形成一種光網(wǎng)絡(luò)有計算能力、它經(jīng)過量子小圓點。這有點象是factorization號碼或者數(shù)列對查找。答案然后立即讀在遠的邊上。這種特別的方法的一個優(yōu)點是他是用非常廉價的二極管激光用來作光源。使用這項技術(shù)的將來的設(shè)備可能由于極其低的熱能生產(chǎn)被用來作為3維陣列來建立。用來接通光門(qubit)的能量是1018焦耳。在這個地區(qū)的研究的一條競爭的線接近來自被困住的離子(朱蕉) 在大的真空里操作，相信雖然它的計算能力是比用這種方法低的幾項重要的命令，但是離子(朱蕉) 將對于最初成功證明是更可能。 研究人員目前正著手做這項技術(shù)的將來的用途。國家安全代理(NSA)提供資金給這項工程、軍隊研究室，科學(xué)研究的空軍辦公室和海軍研究實驗室。調(diào)查研究工作被展開并且分布在不同的場所。海軍研究實驗室處理量子小圓點物理學(xué)。大家的共同努力將繼續(xù)在實際應(yīng)用里使用的量子小圓點的數(shù)量直到被發(fā)現(xiàn)成功為止，美國在這項工程提供資金方面大約每年花費800，000美金。過去四十年來，數(shù)位計算器的發(fā)展是如此緊密地與電子技術(shù)關(guān)連在一起，以致于人們認為計算器必然是電子元件組合而成。自1970年代中期，以鐳射光束來代替電流傳遞信號的可能性日趨厚厚。能夠傳遞兩種不同狀態(tài)的開閉元件（switch）是任何數(shù)位計算器的基本元件。事實上電子計算器所有的開閉元件都是電晶體，而現(xiàn)在所用的電晶體最快的也無法在快于109秒內(nèi)改變狀態(tài)。我們曾發(fā)展出實驗性質(zhì)的「光晶體」（optiual transistor），那是用入射鐳射光束的微小改變來決定元件的開或閉。藉著正確地選擇晶體及鐳射波長，利用折射率的改變，透射光強度會因入射光的微小改變而有巨大改變的元件可以被制造出來。 光晶體固然可以用來建造原理與目前電子計算器相同但較快速的計算器，而在較遠的將來它可能會改變計算器本身的結(jié)構(gòu)。更有甚者，隨著入射光束的逐漸增加，這種晶體的輸出可以被轉(zhuǎn)換至更多高階的狀態(tài)。這種超過兩個輸出狀態(tài)之設(shè)計的采用，將會導(dǎo)至一個新的計算器邏輯系統(tǒng)的產(chǎn)生。在HeriotWatt大學(xué)的實驗室，我們曾以試驗的形式證明許多需要的元件可制成光學(xué)積體線路。可以預(yù)見，在很短的時間內(nèi)，光算機將成為很具吸引力的發(fā)展園地。這些全都是由含有兩個穩(wěn)定輸出狀態(tài)的元件所達成。在判斷邏輯的命題時，各代表「真」與「偽」。用二進位系統(tǒng)，一計算器用來判斷命題真?zhèn)?，只用三個「邏輯函數(shù)」。在「及」函數(shù)，一個敘述所有的部分為真時，敘述方為真。在「反」函數(shù)中，一個敘述的「真假值」被掉換。一個計算器必須具備能以物理形式來代表0與1或真與偽的元件，且這些元件要能夠組成執(zhí)行三個「邏輯函數(shù)」的較大零件。如果計算器要快，則狀態(tài)交換的時間要短。第一個實用的電子開閉元件是真空管，慢而且大，產(chǎn)生相當(dāng)?shù)臒崃?，影響使用壽命?947 年發(fā)明的電晶體，提供了較小、較快、較有效率的開閉元件。最外面兩層分別叫射極、集極，中層叫基極。集極的大電流可用以代表1而小電流代表0。如果所有的輸入都是大電流，「及閘」才輸出大電流。輸入大電流，「反閘」輸出小電流；輸入小電流，「反閘」輸出大電流。理論上最快能在每一秒內(nèi)做十億次運算。以物理學(xué)做基本分析，目前所能達到的最短交換時間，已接近半導(dǎo)體所能達到的極限了。電流通過半導(dǎo)體的速度有著許多限制。目前這極限已經(jīng)達到了，因此交換時間顯著的降低，將不會來自電晶體設(shè)計上的微小改變，而將來自新的交換技術(shù)。任何信號所能達到的最高速度是光速，故光或電磁波是最合適的候選者。這個設(shè)計可在兩個明顯的輸出狀態(tài)間交換。干涉計光晶體的起點是精巧而廣泛應(yīng)用的法布立拍若干涉計（interferometer）──由法國物理學(xué)家法布立（C. Fabry）及拍若（A. Perot）于1896年所發(fā)明。［此一空隙被稱為「洞」（cavity）］?，F(xiàn)在暫且不管「洞」的材料，而考慮一束光撞擊到干涉計第一面鏡時的情形。（這樣的比例相當(dāng)接近于我們所真正使用的。后鏡與前鏡的性質(zhì)是一樣的。由于「前進光束」是原入射光束的1/10，故透射到后鏡外的光強度是原入射光束的1/100。洞中的干涉如果上面所提的就是所有有關(guān)干涉計的事實，則干涉計對光學(xué)計算器并無所助益，它的透射強度只能由改變鏡片的性質(zhì)來改變。在真正的干涉計中，它們彼此互相作用，影響「洞」中的光強度，也影響透射率。「洞」中有許多被前、后鏡反射回「洞」的光束，現(xiàn)在我們只考慮其中兩條：「前進光束」及「反轉(zhuǎn)光束」的交互作用。波峰對波峰、波谷對波谷的重疊是建設(shè)性干涉，波峰對波谷的重疊是破壞性干涉，自然在那兩極端之間的相位差也是可能的。干涉對透射的影響是林林總總而非單純的。如果是完全建設(shè)性干涉，則洞中光強度將十倍于入射光。折射率的效應(yīng)相位差及透射率可由調(diào)整波長及「洞」的長度來改變，但兩種方法對「光學(xué)電晶體」均無甚價值。折射現(xiàn)象是大家所熟悉的。在介質(zhì)中，隨著波長變短而速度變慢，頻率并不改變。適當(dāng)選擇材料折射率，「洞」中光束可以形成建設(shè)性或破壞性干涉。在干