草根影响力新视野　钟艺 编译

在过去的五十年，计算机的处理器运行速度变得越来越快，但近几年，计算机界遇到了发展的“瓶颈期”：如果要制造出更快的电脑，那麽芯片就要变得更小，各种线路的铺排要更加节省空间。但是以现在的情况来看，基本上不太可能再进行大范围的缩小。

所以未来计算速度提升的关键点就是量子物理学的应用。科学家预计，量子计算机会比迄今为止的所有电子产品运行速度都要快得多。不过，它的研发面临著很多重大问题，未来研发之路困难重重。

理解的界限

对于物理学家来说，我们人类生活在所谓的“古典”世界里。这个世界有明确的物理学定律，比如苹落地，汽车可以通过燃烧汽油来获得能量并发动。但实际上人们对于物理的理解还很粗浅，因为我们并未真正遇到过物理世界的极限—那些真实存在，但是我们不知道如何在现实生活中应用的概念，其中就有量子物理学，至今它还是一个模煳的未知领域。

海森堡的“不确定性”

物理学对量子理论的研究历史可以追溯到1927年，当时德国物理学家海森堡（Werner Heisenberg）指出，古典物理学方法不适用于非常小的物体。例如，当掷球时，很容易可以确定球的位置以及移动的速度，但是原子和亚原子粒子并非如此，观察者并不能同时看到它们的位置或移动轨迹。在量子学领域最大的问题是我们的大脑对物理世界的认识机理，我们已经逐渐习惯了古典物理学世界的运作逻辑，“量子世界”的实际物理机制简直超出了我们的掌控能力。

进入未知的量子世界

如果量子世界中的某个物体从一个地方移动到另一个地方，研究人员是无法精确地衡量它何时离开，什么时候到达的。除此以外，也无法准确了解到粒子的移动速度是由什么因素决定的，各种因素是如何影响粒子运动速度的。

在过去的几年中，科学家们在不同的磁场、电场、材料中探索量子速度极限，但是每一种场景设定下的测量结果都不一样。科学家们甚至发现，某些因素有时会以违反人类原本认知的方式来加快粒子的移动速度。

举个例子，大家会更容易明白一些。想像一个粒子在水中移动的场景：粒子在水分子中移动的过程就是不断取代前一个水分子原有位置的过程。在粒子移动完成之后，水分子又会迅速回流到原来的位置。但如果是粒子是在质地更为粘稠的蜂蜜中移动，蜂蜜的分子要花更长时间去“让位”给粒子，也需要更长时间才能回流到原来的位置。在原本的物理学认知中，蜂蜜分子给粒子的前进阻力是比水分子大的，会减缓粒子的速度，然而在量子世界中，确实加大推动了粒子的前进。

设计量子计算机

科学家对量子速度极限的更多了解将极大影响量子计算机处理器的设计。正如工程师们绞尽脑汁缩小晶体管的尺寸一样，他们需要一些聪明的方法来创造尽可能快的量子系统，让计算机的运行速度接近极限速度。

目前，科学家尚不清楚量子极限到底有多大，各种因素对这个极限值的影响有多大。量子物理学的技术应用，不仅仅是技术上的革新，更是打开一扇新世界的大门，未来任重而道远。

 

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Reference :

How Fast Can Quantum Computers Get?