正文
这是Sheldon的第40篇漫画，所有图片大约2.9MB。
请做好准备，即将进入烧脑模式！
宏观世界的生活经验很多都是表象。比如，你可能认为世界的运行是确定的、可预测的；一个物体不可能同时处于两个相互矛盾的状态。
在微观世界中，这种表象被一种叫做量子力学的规律打破了。
量子力学指出，世界的运行并不确定，我们最多只能预测各种结果出现的概率；一个物体可以同时处于两个相互矛盾的状态中。
量子计算，就是直接利用量子力学的现象（例如量子叠加态）操纵数据的过程。
在本文中，我们简单地介绍量子叠加态、量子比特、量子测量和一种实现随机数据库搜索的量子算法。
夏天到了，烈日炎炎。当你带上偏振墨镜时，从某种程度上讲，你就已开始接触量子计算了。
为什么这么说呢？因为光的偏振正好“同时处于两个相互矛盾的状态”中，也就是量子叠加态。在量子计算中，光子的偏振就可以用来实现量子比特。
首先，光是一种电磁波，组成它的粒子叫做光子。电磁波的振动就像绳子抖动一样，可以朝这儿偏也可以朝那儿偏，形成各种各样的偏振。
其次，偏振墨镜就像一个筛子，只有跟筛子的缝隙方向一致，光子才能“钻过去”。如果跟筛子的缝隙方向垂直，光子就被完全“拦住”了。
用绳子的抖动比喻光子的偏振，你就很容易理解了。
如果光子偏振方向跟缝隙方向既不垂直也不平行，而是呈一定角度，又会怎样呢？
如果你在钻过去的朝↗方向偏振的光子后面，再放一个只过滤↑光子的偏振镜，就会发现一个非常诡异的量子力学现象：大约有一半儿↗偏振光子穿过了偏振镜，而且偏振方向都变成了↑。
这个时候，运用高中学过的矢量合成知识，我们可以试着解释这个现象。
由于光子的偏振既有方向又有大小，我们可以将每个光子的偏振看做一个矢量。于是，它们满足矢量的加法。
由于↗方向的振动等于↑方向的振动加上→方向的振动，我们就可以说，↗偏振的光子可以看作是同时在朝↑和→方向振动。
如果你不理解什么叫同时进行两种振动，想想你耳朵里的鼓膜，正是它同时进行多种振动，你才能同时听到各种各样的声音。
这个时候，我们就可以试着解释那个奇怪的量子现象了。如果把一个↗偏振的光子看作是一个光子同时进行↑和→两种振动，那么我们可以说，当这个光子路过↑偏振镜的时候，其中一半儿→振动被挡住了，另一半儿↑振动通过了。
然而，这个解释并不完全对。
如果你朝这个偏振镜发出一个↗光子，在偏振镜之后，你并不会接收到一个振动能量减弱了一半儿的光子。而是有50%的几率接收到一个↑光子；50%的几率什么也没接收到。
说到这里你可能想起来了，这就是量子力学常说的“上帝掷骰子”。
如果我们把↑光子看做比特0，→光子看做比特1，那么，一个↗光子就处于比特0和比特1光子的叠加状态之中。
如果你硬要用一个偏振镜去测量它到底是比特0还是比特1，就会发现，测量结果有50%的概率是比特0，还有50%的概率是比特1。
↗光子所携带的这种诡异的“比特”就叫做
量子比特
。
电子计算机所做的计算，就是在操纵经典比特。同样的道理，所谓量子计算机，就是在量子力学允许的范围内操纵量子比特。
不知道你发现了没有，由于量子比特可以同时处于比特0和比特1的状态，量子门操纵它时，实际上同时操纵了其中的比特0和比特1的状态。
所以，操纵1个量子比特的量子计算机可以同时操纵2个状态。如果一个量子计算机可以同时操纵N个量子比特，那么它实际上可以同时操纵
2
N
个状态，其中每个状态都是一个N位的经典比特。
这就是量子计算机传说中的
并行计算
能力。
