把球扔向墙面，它会反弹，然后你能够再次抓住它。到如今为止还挺好。球不会倏忽从墙上消散，也不会酿成其余器材。你适才看到的这种完全正常的、可展望的行为就是经典物理学在起感化。直到1900年，它一向被称为物理学。无论你是在商议粒子照样行星，掌握球反弹的划定都能够用来描述宇宙中的任何器材。
然后量子力学显现了。在曩昔的四十年里，我们的世界酿成了一个非常生疏的处所。物体的行为就似乎它们同时在两个处所一般，粒子的行为就似乎它们能够同时显现在两个处所，从而导致了双更生命。量子世界的神怪已经成为传奇，但这种神怪的发源仍然是个谜。理论家一向持续起劲解决一个几乎无法忍耐的根基问题：是什么付与了量子世界显着的反直觉的量子味道？
事实是我们还不知道。这种蒙昧对我们对实际的懂得以及我们在实际手艺中使用量子现象的能力有着深远的影响。固然多年来显现了分歧的建议，但我们如今似乎离真正的谜底越来越近了。
没有什么比建造量子较量机更具厘革性的了。作为通俗PC的卓越继续者，其传说中的优势被认为是一系列量子现象所致。若是我们已经确定了数量的真正根源，一场新的较量革命将很快到来。
一切都从阿尔伯特·爱因斯坦起头。在20世纪初，他站在一波年青年头物理学家的前沿，他们对我们四周的世界做出了重大的发现。1905年，他令人信服地指出，光（历久以来被物理学机构认为是一种波）必需以非常雷同粒子的体式行事。当用称为电子的亚原子粒子进行的实验显露它们像波一般向外扩散时，物理学界加倍疑心。
“事实是，尽管量子较量具有革命性的潜力，但它的力量之源仍然覆盖在神秘之中。”
注释这些新现象需要从新思虑光和物质的构造。人们发现，微观粒子和原子被发现具有更圆滑的特征。它们最好的描述是用被称为波函数的数学实体来描述的，它较量了它们在分歧处所存在的概率。直到你发现它们切实切位置，所有这些分歧的或者性都同时存在。
用波函数和概率取代难以确定的究竟，发生了一些令人惊讶的后果。这意味着当一个粒子面临一个硬屏障时，它被定位在另一边的概率为非零，许可它执行看似弗成能的穿越地道的豪举。
很多物理学家不喜欢这幅画面。个中最首要的是爱因斯坦，他对本身匡助引入的量子世界观的后果感应震惊。为了强调这一激进的新物理学的荒谬之处，他与普林斯顿大学的两位志同志合的同事鲍里斯·波德斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)合作撰写了一篇论文。这篇被称为EPR悖论（Einstein-Podolsky-Rosen paradox）的论文，以作者的名字定名，展示了一个由概率掌握的宇宙令人担忧的究竟。EPR注释说，在适当的前提下，两个粒子的波函数能够慎密地绑在一路，或许纠缠在一路，以至于你在一个粒子上执行的任何动作似乎都邑瞬间影响另一个粒子，不管它们相距多远。
这是异端邪说。在经典物理学的说话中，旌旗只能以光速流传。这意味着物体需要更多的时间来与距离它们更远的事物进行交流，而不是与紧挨着它们的物体进行交流。凭据这一逻辑，经典物理学说，两个相距一光年的纠缠粒子需要整整12个月的时间才能对彼此的任何转变做出回响。然而，凭据EPR的说法，这种回响似乎是瞬间发生的。难怪爱因斯坦称这个过程为“鬼魅般的超距感化”。
推翻爱因斯坦
但并不是每小我都这么害怕。埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）是量子论的另一位前驱，他将纠缠作为一种现象，将量子世界和经典世界明确区分隔来，称其为量子力学的特征。对于像薛定谔如许的物理学家来说，它的诡异使它成为寻找使量子世界具有量子性的要害成分的幻想场合。
一向以来，像爱因斯坦如许的猜忌论者都掉臂一切地用纯粹经典的方式来注释这种新鲜的孪生关系。一个建议是，这两个粒子具有预先确定的特征，这些特征是经由视察发现的。例如，若是你把一副手套离别放到宇宙的两头，当你发现一只手套是右手的时候，知道个中另一只手套是左手就无独有偶了。一只手套的并不是在另一只手套被搜检的时候显现的，它一向以来都是它的身份中弗成或缺的一部门。
这一理论似乎既注释了纠缠又连结下场域性。1964年，物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)构想了一系列思惟实验，可以区分真正的量子纠缠和连结局域性的经典纠缠(见下图)，这一切都发生了转变。
从1972年起，在一系列加倍正确的实验中，纠缠被证实是一种实际。量子物理是非局域性的。在伦敦大学戈德史女士大学从事量子信息理论研究的马蒂·霍本（Matty Hoban）说：“这些实验决意了任何拯救实际的进展的命运。”
然则，尽管非局域性显然是量子力学新鲜的一个构成部门，但这并不是故事的结尾。首先，非局部性仅适用于两个或多个粒子。它不存在于任何涉及单个粒子的新鲜量子效应中，例如它可以经由隧穿墙壁或获得多个身份。其他一些经典物理定律也被打破了。
弗成靠的证人
这一逆境的谜底，再一次能够追溯到爱因斯坦。EPR及其支撑者提出的另一个假设是，量子实验遵循与经典实验相似的划定。他们假定任何物体都有固定的性质，能够经由提出准确的实验问题来发现这些性质。左手套永远是左手套，这是一个不变的内涵属性。无论你是经由戴上它来测试它，照样让你的同伙戴上它，这些分歧的情况都不该该改变它的身份。
贝尔的测试表明，在量子世界中，它们的确有影响。当测量一对纠缠粒子时获得的究竟与对其伙伴的测量有很强的关联。换句话说，每个粒子的谜底必需取决于它被质疑的配景。从这个角度来看，量子世界中所有最违反直觉的究竟都倏忽变得有意义了。在适当的前提下审问一个量子粒子，你或者会影响其供述的性质。
对于加拿大周边理论物理研究所的安娜·贝伦·塞恩斯（Ana Belén Sainz）来说，这使得情境性成为更固有的量子现象，而非局部性仅仅是它自身的一种示意体式。
然而，为了找出它是否真的是量子世界固有的新鲜之处的根源，我们需要组织一个雷同于贝尔为非局域性设计的测试。这需要在两个分歧的情况中进行沟通的实验，并对照究竟。事实证实，这是一个伟大的挑战，因为即使是设备中的微小缺陷也会导致实验噪音，从而导致究竟的细微转变。你若何区分纯粹因为实验噪声而发生的差别和那些因为量子神怪而发生的差别呢？
谜底显现在2016年，其时两个团队对量子配景进行了自力的实验测试。他们的方式充沛壮大，实验噪音足以令人信服地证实量子世界中的物体的确是弗成靠的见证者：他们给出的谜底不光取决于你问的问题，并且取决于你问他们的配景。对塞恩斯来说，这些实验是量子物理学史上的一个里程碑。
尽管它在量子宇宙中饰演着更主要的脚色，但几十年来，它的情境性一向没有获得应有的承认。缺乏爱因斯坦承认只是冰山一角。霍本说：“这在很大水平上能够归结为令人震惊的价格。”对于物理学家来说，非局域性似乎更令人震惊，因为它触及了实际的根基要素：空间、时间和因果关系。无论出于何种原因，它的主导地位或者即将受到挑战。
2019年或者是世界上第一台大规模量子较量机建成的一年。凭据该角逐中的首要竞争者的说法，如许的较量机将行使量子力学的怪癖来执行甚至超越速度最快的超等较量机的义务，从发现新的癌症药物到改善天色预告和交通掌握。然则什么让它们如斯稀奇呢？
IBM的工程师们也进展制造出生界一流的量子较量机
在幕后，较量机只是一种可以操作信息以执行所需义务的设备。在通俗笔记本电脑或小我电脑中，这是经由位于机械焦点芯片上的数十亿个晶体管实现的。每个晶体管都能够处于两种状况中的一种：通电或关断。这两个状况(称为1和0)透露单个位信息。把充沛多的碎片粘在一路，你就能够做任何事情，从较量航天飞机的轨迹到竖立一个模型宇宙。
在量子较量中，经典位被量子位庖代。量子位的波函数不只是以0或1的形式存在，而是许可它以0和1的新组合存在，这就是所谓的叠加。到今朝为止还很简洁。但在这一点上，很多试图注释量子较量能力的测验都偏离了轨道。尺度版本是如许的。经典位必需在两种或者的状况中选择一种，然则，多亏了叠加，一个量子位能够“同时”透露两种状况。是以，当一台经典较量机必需一次测验每一个或者的解决方案时，量子叠加许可量子较量机同时测验所有或者的解决方案，使它比通俗较量机更快、更壮大。听起来很棒。独一的问题是，这完满是乱说八道。霍华德说：“若是事情这么简洁，量子算法的设计也会很轻易。”
事实是，尽管量子较量具有革命性的潜力，但它的力量之源仍然覆盖在神秘之中。霍华德说：“即使对专家来说，懂得量子较量机‘实际在做什么’也是一个难题。”在某些情形下，我们知道量子算法已经可以经由使用纠缠和叠加等现象来完成看似弗成能的豪举。但我们也知道，它们的一些成就能够在常规的经典机械长进行模拟。换句话说，仅仅使用这些新鲜的结果并不足以使量子较量机获得优势。悉尼大学的量子物理学家安吉拉·卡兰杰(Angela Karanjai)说：“令人担忧的是，我们还没有一种强有力的方式来确定一个量子系统必需具备哪些需要前提和充裕前提，才能看到相对于经典较量的优势。”
但有些人认为他们知道这一优势地点。2014年，霍华德和他的合作者揭橥了一篇里程碑式的论文，表明情境性或者是量子较量的焦点引擎。他们从被称为不乱器电路的简洁系统起头，这些电路素质上是量子的，但很轻易在常规的经典较量机长进行模拟。用量子较量机科学家的话来说，这些电路不是“通用的”；并不是所有或者的量子算法都能在它们上运行。事实也证实，它们还不敷复杂，不足以显露情境性。
霍华德和他的同事证实了，一旦你付与不乱器电路缔造情境的能力，你就会使它们具有遍及性。霍本说：“这一究竟拓荒了新的范畴，并发现了量子较量机能力的一部门根蒂。”
那么，情境性是量子较量加快的机要引擎吗？鉴于现有的各类量子较量模型，霍华德对过度泛化持郑重立场。尽管如斯，我们知道，至少在某些时候，情境能够使较量成为真正的量子，这仍然是一个有效的究竟。卡兰杰和她的合作者比来的工作表明，量子电路所展示的情境的数量限制了经典较量机模拟它所需的内存。情形越多，所需内存就越大。卡兰杰说：“这些究竟敷陈人们建造一台量子较量机要使用显露情形性的系统来构建它，因为这些系统能够供应更多的较量能力。”
但情形性不光有很好的手艺前景。在履历了一个世纪的不确定性之后，它终于能够让我们描画出量子物理学和经典物理学之间恍惚的界线。
对薛定谔来说，纠缠是“恐怖的”，它推翻了我们的经典先入之见，这一事实足以预示它正处于盘据的另一边。然则霍华德，卡兰杰和其他人的工作表明，一个更严厉的界说或者是能够实现的。量子物理学的焦点不是由那些与我们经典预期不符的现象构成的混乱无章的理论，而是一种关于较量的理论。看起来令人震惊的是，量子行为的真正特征或者是那些供应了显着的较量优势的。
若是这一点持续下去，那么建造量子较量机的竞争将不光仅是革命性的较量。它真正的遗产，事实上，或者是最终确定什么使量子力学成为量子。
