薛定諤貓的生與死，以及它有什么用

在本期雜志中，有兩篇專稿介紹了量子領域的兩個重要研究方向，一篇是《量子世界究竟在哪里結束，具體的現實從哪里開始？》，另一篇是《全尺寸量子計算機究竟有什么用？》。兩者談的都是薛定諤的貓：前者談的是它的生死，后者談的是它的用處。

仔細想想，薛定諤的貓之所以難以想象，究竟是因為什么？難道不是因為貓太大了嗎？如果把貓換成原子或者分子或者光子或者其他的微觀體系，我們就不會覺得有任何奇怪的了。事實上，微觀體系的薛定諤貓態早已大量地制備出來，并一再被證實它們確實具有量子體系的那些奇妙性質。

因此，就出現了一個邏輯問題：這一切究竟有沒有極限？是否存在一條邊界，比這個小的是量子世界，比這個大的是經典世界？開玩笑地說，量子世界就是充許薛定諤貓（態）活著的世界，經典世界就是薛定諤貓（態）必然死亡的世界。

其實在很多人看來，并不存在這樣的邊界，因為量子力學的理論形式是完全普適的。但也一直有人在探討，如果存在這樣的邊界會怎么樣，以及如何找到這樣的邊界。

在這當中特別有趣的一類，叫作自發坍縮理論。它認為，沒有觀測的時候，波函數也會自發地以一定概率坍縮。假如這個理論是正確的，就可以自動解決量子力學中的很多困難。第一篇專稿中提到的GRW模型，就是一種代表性的自發坍縮理論。這篇文章講的就是在尋找經典與量子分界線方面最新的一些實驗工作，或者更準確地說，為實驗做的一些準備。目前這類實驗還從來沒有得到特別的結果，但假如有朝一日得到了，那無疑將開啟一場新的科學革命。

關于薛定諤貓，還有一大問題，就是它有什么用。量子計算是目前所有科學領域中最熱門的方向之一，因為幾乎所有人都聽說了，量子計算的應用前景巨大。而對量子計算有了解的人會知道，量子計算機能超越經典計算機的關鍵，就是要用到量子糾纏，也就是薛定諤貓態。

但在量子計算吸引了巨大的關注和資金的背景下，一個有點令人尷尬的問題是：它究竟能用來干什么？其實每次記者采訪我這個問題，我都會說出很多，如密碼破解、數據庫搜索、天氣預報、交通規劃但需要注意的是，所有這些都是遠景，而不是近景，更不是已經實現的。

為什么會這樣？一方面，當然是因為量子計算機的硬件還太弱了：量子比特的數量還不夠，量子操作的保真度還不夠高，或者說太容易出錯。但另一方面，只有內行才知道的是，量子計算機的軟件也還遠遠不夠。

公眾往往以為，量子計算機無論干什么事情都比經典計算機快。但這其實是個巨大的誤解，量子計算機要發揮優勢，必須針對特定問題設計特定算法。對于有這樣算法的問題，量子計算機才能超越經典計算機。也就是說，量子計算機只是在一些問題上比經典計算機快，這些問題是需要尋找的。

而目前，我們找到的、有嚴格數學證明的量子計算機有優勢的問題，其實是屈指可數的。如何尋找更多的能發揮量子計算優勢的問題，就是第二篇專稿文章的內容。所以當我們從哲學層面思考薛定諤貓的生死之后，我們還需要面對現實問題：薛定諤貓有什么用？