量子位元（qubit）

經典位元是一個小開關：它要麼是 0，要麼是 1，故事到此為止。量子位元是這個開關的量子版本，它擁有一種更豐富的「中間狀態」。在你測量它之前，一個量子位元可以同時處於 0 和 1 的疊加之中。這裡別想像開關，想像一個錶盤會更好懂：量子位元可以指向許多方向，而方向編碼了它攜帶了多少「0」、多少「1」。量子位元是量子資訊的基本單位，任何可受控的二能階量子系統都能充當它：一個電子的自旋、一個原子的兩個能階、一個光子的偏振，或者一段超導電路。

下面這一點幾乎人人都搞錯，所以請慢慢讀。疊加並不意味著量子位元暗地裡同時握著兩個答案，更不意味著量子電腦會「一次把所有答案都試一遍」。0 和 1 各占多少，由兩個被稱為「振幅」的數描述，寫作 |psi> = alpha|0> + beta|1>。當你測量時，你看不到振幅；你只會得到一個乾乾淨淨的 0 或 1，得到它的機率等於對應振幅的平方，隨後疊加便塌縮成你看到的那個結果。所以一個量子位元讀出來，恰好只給你一個位元，和它的經典表親一模一樣。量子運算的威力，不在於「裝下很多答案」，而在於：在你測量之前，把許多量子位元的振幅安排好，讓錯誤答案相互抵消、正確答案彼此疊加。

真實的量子位元還很脆弱。它們的振幅會漂移、會洩漏到環境中，這個過程叫退相干，用記作 T1 和 T2 的時間來衡量——這也正是為什麼今天的機器規模小、雜訊大，要想擴展就離不開糾錯。「帶著一點 0、又帶著一點 1」說起來容易，真要穩穩保持住卻著實很難。