六个人与一台机器
量子计算史是一连串「这不可能」被推翻
1935 年,爱因斯坦等人提出 EPR 论证,认为量子力学对物理实在的描述不完备。1964 年,Bell 把这个哲学争论变成了一个不等式;1982 年,Aspect 用实验给出了答案。
把「不可能」变成可检验的问题
Bell 1964 的贡献不是站队,而是划了一条线:如果每个粒子都带着事先确定的属性,且不存在超光速影响,那么两边测量的关联就必须满足某个上界。量子力学的预言会越过这条线。于是「量子力学是否完备」不再只是立场问题,而是一个可以做实验的判决。
Aspect 1982 用光子偏振对做这个判决:改变一边的测量方向,看两边的符合计数怎么变。结果与量子力学的预言一致,与局域隐变量不符。后续实验还要闭合探测效率与随机性等漏洞,但纠缠作为一种真实资源,从此有了实验基础。
把「不可能」变成一台机器
Feynman 1982 问的是:经典计算机模拟量子系统,资源随粒子数指数增长;能不能反过来,用一台受控的量子系统去模拟另一个量子系统?这不是「造更快的计算机」,而是把模拟从数值计算换成物理实验。
Deutsch 1985 把问题推到底:图灵机描述的是经典物理允许的计算;如果物理是量子的,计算模型就该是量子的。他定义了量子图灵机,并说明通用量子计算机能模拟任意有限步的量子演化。量子计算从此有了独立于具体硬件的定义。
Shor 1994 找到了一个足够有说服力的任务:大整数分解可以归约成周期查找,而周期查找可以用 量子傅里叶变换加速。密码学家开始认真对待这台机器。
Grover 1996 补上另一半:无结构搜索从 N 次查询降到约 次。它没有指数加速,却足够说明「平方根」也能改变实践。
量子计算史是一连串「这不可能」被重新划线:局域隐变量确实不可能复现所有量子关联(已被实验判定);一般认为经典计算机难以高效模拟一般量子系统,但这是复杂度假设,不是定理;量子图灵机与经典图灵机可计算的函数相同,差别在效率,不在能不能算。每一次推进都不是靠口号,而是靠一个可检验的命题。