量子比特

经典比特是一个小开关：它要么是 0，要么是 1，故事到此为止。量子比特是这个开关的量子版本，它拥有一种更丰富的「中间状态」。在你测量它之前，一个量子比特可以同时处于 0 和 1 的叠加之中。这里别想象开关，想象一个表盘会更好懂：量子比特可以指向许多方向，而方向编码了它携带了多少「0」、多少「1」。量子比特是量子信息的基本单位，任何可受控的二能级量子系统都能充当它：一个电子的自旋、一个原子的两个能级、一个光子的偏振，或者一段超导电路。

下面这一点几乎人人都搞错，所以请慢慢读。叠加并不意味着量子比特暗地里同时握着两个答案，更不意味着量子计算机会「一次把所有答案都试一遍」。0 和 1 各占多少，由两个被称为「振幅」的数描述，写作 |psi> = alpha|0> + beta|1>。当你测量时，你看不到振幅；你只会得到一个干干净净的 0 或 1，得到它的概率等于对应振幅的平方，随后叠加便坍缩成你看到的那个结果。所以一个量子比特读出来，恰好只给你一个比特，和它的经典表亲一模一样。量子计算的威力，不在于「装下很多答案」，而在于：在你测量之前，把许多量子比特的振幅安排好，让错误答案相互抵消、正确答案彼此叠加。

真实的量子比特还很脆弱。它们的振幅会漂移、会泄漏到环境中，这个过程叫退相干，用记作 T1 和 T2 的时间来衡量——这也正是为什么今天的机器规模小、噪声大，要想扩展就离不开纠错。「带着一点 0、又带着一点 1」说起来容易，真要稳稳保持住却着实很难。