这些可能性都要归因于科学家能更好地捕获和摆弄单个原子以及被称作光子的微小光粒子。今天的计算机芯片更便宜更快，体积还更小，但量子力学认为在尺寸足够微小时，粒子会穿过固体，让芯片内部短路。量子技术用另一种思路来看这个问题，不是将设备缩小，而是利用单个原子和粒子的异常行为将设备放大。正如之前的计算机化那样，这一技术开启了各种可能性，几乎可以应用于各行各业，并且还有可能激发出全新的行业。

奇异但真实

量子力学是20世纪初提出的关于微观粒子运动规律的理论，说它怪异毫不为过。这是因为人类看到的世界实际上并不代表世界运转的真正方式。量子力学整体否定了延续数百年的观念，认为宇宙并不是有规律、有确定性的，是基于可能性而非确定性，其中测量行为本身就会影响被测量物。伴随着这一剧变而来的是一些真正离奇古怪的概念，例如粒子从根本上说既不是在这儿也不是在那儿，但一旦固定下来，就同时既在这儿也在那儿——它们处于“这儿”和“那儿”两个状态的“叠加态”。这一理论也表明粒子之间可能存在着诡异的联系：其中一个受到作用，另一个就会立刻感受到变化，即使相隔广阔的空间。甚至连这一理论的创始人也觉得这种“纠缠”很费解。

正是这些效应展示出当下的前景：为更多地了解量子世界而改进的技术现在派上了用场。利用叠加和纠缠的小装置性能大大优于现有的设备，还能完成之前被认为不可能的事。

例如，利用纠缠改进原子钟，令其比目前应用在卫星定位上的钟更准确，还能几个数量级地提升导航精度，让自动驾驶汽车更加安全可靠。由于当地重力场的强度会影响时间流动（根据另一个非常成功但与直觉相反的理论——广义相对论），这样的钟还能用来测量重力的微小变化。这样一来，无需挖开路面就能发现地下管道，还能追踪藏匿于深海的潜艇。

量子理论的其他特性还能让信息传递不再担心被窃听。无论用叠加态还是纠缠态粒子编制成信号，都无法被窃听、复制或转递。全世界的公司和政府显然对这一点都兴味十足。中国已经发射了一颗卫星，能接收并在新网络上发送这类信号；最终可能会出现一个无法破解的全球网络。

奇异的量子效应之间有益的相互影响在量子计算机上达到了顶峰。与常规计算采用的0和1不同，量子计算机的比特是二者的叠加，而每个“量子比特”（qubit）之间又互相纠缠。使用以量子方法重新处理问题的算法，量子计算机能够处理现在最好的超级计算机一千年才能完成的计算。高安全性的量子网络正在研发中，而与之相对的担忧是量子计算机最终会淘汰今天基于数学难题的加密技术。

不过，在这一切发生之前，较小的量子计算机会在能源、物流、药物设计及金融等行业里做出其他的贡献。即便是简单的量子计算机也应当可以处理传统机器无法解决的各类问题，如优化贸易策略、从科学文献中选出有希望的药物等。谷歌上周称还有五年这样的计算机就能投入商业使用。IBM已经向公众开放了一台初级量子计算机，本周它宣布了扩展计划。正如本期《科技季刊》所释，大型科技公司和创业公司都在开发软件，探索这些设备不同寻常的能力。一个新的中间人生态系统正在显现，它将新硬件与可能受益的行业相匹配。

量子的慰藉

这一形势和上世纪90年代初互联网的状况有不少相似之处：科学家们投入数十年时间研究的技术，大体上还处于实验室阶段，但业界正开始预见其更广阔的前景。大公司纷纷买进这一技术，或是自主研发。创业公司正迅速增加。政府也在进行“战略性”投资，已经为基础研究投入了很多年。这也提醒大家有些东西，比如纯理论的科学研究，不能指望市场来提供。

对量子技术专家来说，幸运的是接下来的挑战大部分是工程技术上的，而不是科学理论上的。今天应用量子技术的装置仅仅只个开始。量子技术更激动人心之处是它目前尚未开发的潜能。位于变革性技术前沿的专家们在预测所研究技术的很多应用时记录不佳：爱迪生曾经以为他的留声机将用在朗诵课上。20世纪的大部分时间里，“量子”在普罗大众的意识里只代表着“怪异”。在21世纪，它将意味着“更好”。