25、量子力学与量子计算：从理论到实践

量子力学与量子计算：从理论到实践

1. 量子计算与量子力学的紧密联系

量子计算扎根于量子力学，并在其框架下发展成熟，二者不可分割。驱动量子计算机的量子概念，如量子比特的坍缩、量子小单元（qubelets）的抵消、分裂和反转等，都源自量子力学定律。

量子力学的发展与爱因斯坦的相对论不同。相对论凭借一部杰作改变了我们对时空的认知，而量子力学则是在解释一系列看似普通的实验中逐渐形成的。这些实验起初并未显示出挑战传统观念的迹象，但科学家对其进行微调后，却出现了与预期不符的结果。与寻找希格斯玻色子的大规模、高成本、跨国合作项目相比，这些实验就像一支意外闯入超级碗的中学足球队。然而，它们积累的偏差已无法被视为微小的异常，物理学家不得不摒弃经典理论，寻找新的方式来描述世界。

2. 马赫 - 曾德尔干涉仪实验

马赫 - 曾德尔干涉仪是一种常用于演示量子效应的光束分裂装置，它易于设置和解释实验原理，但实际观察结果却与经典分析不符。

实验过程如下：
1. 初始设置 ：向分束器发射激光束，分束器将光束一部分反射到底部左侧的镜子，另一部分透射到顶部右侧的镜子。反射光束照亮传感器 S1，透射光束照亮传感器 S2。
2. 引入第二个分束器 ：将顶部和底部路径的光束重新组合。根据经典理论，两个传感器都应被照亮，但实际只有传感器 S1 被点亮，传感器 S2 保持黑暗。
3. 降低激光强度 ：逐渐降低激光强度，使发射的光子越来越少。每次降低强度，传感器 S2 都保持黑暗。最终，激光只发射单个光子。

3. 单