新浪科技综合|科学大家|奇特“新脑”：意识从物质中产生的几种形式( 六 )_

量子力学的本质在于概率，而且量子世界充满了涨落。例如，电子不能同时具有确定的位置和确定的速度，这就是海森堡不确定性原理。所以，当你的单元在到处移动并且很难确定的时候，这是一个很难开展工作的地方。
但正如我将要阐述的，这个奇怪的量子世界也充满了希望和允诺。如果我们与之合作，而不是试图与之对抗，它会开辟新的可能性。
我们正在从比特、二进制数字，即1和0 ，转向量子力学版本的比特，称之为量子比特。这带来了一种新的信息，不是布尔、巴贝奇和图灵等认为的固定量的0和1 ，而是物理世界启发的、来自物理世界的——涨落的量。

文章图片
图15/27

经典比特和量子比特
最简单的两态系统即一个单自旋，就是一个量子比特，它和我已经提到的经典世界的指上或指下的东西具有非常不同的图像。它具有量子不确定性。由于我们无法摆脱量子不确定性，我们必须学会接受它。
就这种不确定性的特别形式，我详细解释一下。现在我们测量一个量子比特的自旋——让我们把量子比特看作是指向上或下的自旋。我们可以在任意方向测量这个量子比特的自旋——x方向、y方向或z方向。如果我们这样测量，我们没有得到一个确定性的结果，正如我所说的，量子世界具有涨落。在量子力学原理中，你要知道，你能做到的是：得到在测量的三个方向上自旋向上或自旋向下的概率。
相比于单个经典比特的只有一种选择——要么是1 ，要么是0 ，对于量子比特，我们需要三个概率——三个数字，三个连续的数字即所谓的实数，来定义一个量子比特在做什么，它是什么状态，而不是只有一个选择，要么是0 ，要么是1 。量子世界存在的现象，必须用复杂得多的方式对其描述。
我们试着形象化一些东西，它们是抽象的，但也都出自物理的具体研究。比特的值要么是0 ，要么是1 ，
而量子比特在涨落，一个量子比特的状态需要用三个数来表征，这就如同你在描述三维圆球中的位置时所需要做的一样。这已是状态空间的一个大扩展。
当我们开始考虑量子比特对时，事情变得更疯狂了。如果我们要描述它们的状态，我们可以选择在x方向测量两个量子比特，或者我们可以选择在x方向测量量子比特A、在y方向测量量子比特B ，或者反过来，等等。共有九种可能性，每一种又都有其概率。然后我们也可以置一个量子比特于不顾，只测量另一个量子比特。这就引入了另六种可能性。基于量子力学原理，可以证明，每一个可能性都以一个独立的数字来描述。所以两个量子比特用15个数字描述——15个实数。以此类推，为了描述量子比特的状态，我们需要22N -1个实数。