編者按：美國(guó)《商業(yè)周刊》8月30日一期刊登一組系列文章，總題為《21世紀(jì)的21種設(shè)想》，其中第二十一篇為關(guān)于量子計(jì)算機(jī)的設(shè)想，題為《最難的問(wèn)題將通過(guò)擲骰子來(lái)解決》，摘要如下：

　　電子會(huì)成為糟糕內(nèi)高爾夫球。它們太不安分了。當(dāng)普通的高爾夫球滾過(guò)球場(chǎng)草地并停下時(shí)，它要么進(jìn)洞，要么不進(jìn)洞。而電子在同一時(shí)間可以處在許多位置——洞里、洞邊或是場(chǎng)地邊緣。與所有的亞原子粒子一樣，電子傾向于使自己處于一種朦朧的概率“云”中。要想知道電子在每一時(shí)刻所處的位置是不可能的。利用量子力學(xué)，我們可以計(jì)算出某顆電子處在某一給定點(diǎn)的概率，但是在受到外力作用之前，電子不會(huì)停留在一個(gè)位置。這種偶然與粗略的胡亂混合會(huì)嚴(yán)重破壞一場(chǎng)高爾夫球比賽。然而物理學(xué)家和計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在認(rèn)識(shí)到，他們可以利用這一原理解決長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是無(wú)法解決的問(wèn)題。由此得到的量子計(jì)算機(jī)——它們可能在15到20年后出現(xiàn)——將加速發(fā)現(xiàn)新藥的過(guò)程，使預(yù)報(bào)人員準(zhǔn)確預(yù)報(bào)天氣，并且能幫助芯片制造商設(shè)計(jì)出目前看來(lái)是不可能的復(fù)雜電路。(不幸的是，它們也會(huì)使黑客能夠破譯因特岡加密通信的編碼。)

　　今天的計(jì)算機(jī)仍然像它們的祖先1945年的Eniac計(jì)算機(jī)那樣解決問(wèn)題。它們按照指令一步一步地工作。它們不辭辛勞，唯命是從，把人們從單調(diào)乏味的數(shù)學(xué)計(jì)算中解放出來(lái)，為通信、娛樂(lè)和科學(xué)研究帶來(lái)了變革。這些變革是Enia c計(jì)算機(jī)的發(fā)明者做夢(mèng)也沒(méi)有想到的。

　　但是，它們的順從恰恰也是它們的缺憾所在。許多重要的問(wèn)題依靠循規(guī)蹈矩是無(wú)法解決的。例如，要想在一本不按字母順序排列的電話號(hào)碼簿上找到一個(gè)名字，普通計(jì)算機(jī)需要逐一核對(duì)每一個(gè)列表，看看是否對(duì)得上號(hào)。對(duì)于規(guī)模足夠龐大的“電話簿”——例如人類基因所有可能組合的數(shù)據(jù)庫(kù)，即便是使用速度最快的計(jì)算機(jī)，這樣的反復(fù)試驗(yàn)過(guò)程可能也要花上幾個(gè)世紀(jì)。這是因?yàn)槿魏纹胀ㄓ?jì)算機(jī)都必須用一系列的開(kāi)關(guān)——每一個(gè)開(kāi)關(guān)或開(kāi)或關(guān)，分別代表l和0———來(lái)代表每一個(gè)列表。

　　而在另一方面，量子計(jì)算機(jī)可以利用量子“高爾夫球”來(lái)代替開(kāi)關(guān)，在同一時(shí)間核對(duì)所有的列表。其原理是怎樣的呢?我們可以把在洞里的球稱為1，把洞外的球稱為0。由于量子粒子具有同一時(shí)間處在任何位置的特性，我們沒(méi)有必要把每個(gè)球確定為1或0。相反，我們可以給它指定一組概率：例如，它在洞里的概率是50%，在洞外的概率也是50%。利用足夠數(shù)目的這些洞里和洞外概率各占一半的量子球，我們可以在同一時(shí)間里表示電話簿上的所有名字。

　　這便是量子計(jì)算機(jī)的輸入——10億個(gè)以上的名字，每個(gè)名字由相同的概率來(lái)表示。計(jì)算機(jī)的程序?qū)�這一概率“云”作出改變和調(diào)整，在同一時(shí)間里針對(duì)所需查找的名字核查所有列出的名字。量子程序員的工作是操縱幾率，即骰子放置在一個(gè)能夠很快得到正確答案的位置上。

　　IBM公司量于計(jì)算技術(shù)研究活動(dòng)負(fù)責(zé)人納比爾·埃默預(yù)言說(shuō)，這種亞原子的賭博將為復(fù)雜的模擬任務(wù)帶來(lái)巨大的好處。他說(shuō)，工程師和藥物設(shè)計(jì)人員將能“關(guān)掉實(shí)驗(yàn)室，坐到計(jì)算機(jī)面前”。設(shè)想有一個(gè)包含了所有已知化學(xué)反應(yīng)原理的數(shù)據(jù)庫(kù)。量子計(jì)算機(jī)可以在一瞬間通過(guò)搜索該數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)現(xiàn)符合任何所希望的藥物特性的分不過(guò)，真的要制作這樣一個(gè)骰子卻是一個(gè)巨大的難題。世界各地正在出現(xiàn)各種截然不同的設(shè)計(jì)。到目前為止，最成功的設(shè)計(jì)出現(xiàn)在IBM公司阿爾馬登研究中心研究人員伊薩克·張的實(shí)驗(yàn)室里。一個(gè)充滿了包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)丙胺酸分子的黃色液體的鉛筆狀玻璃管放置在一臺(tái)核磁共振機(jī)中。每一個(gè)分子就是一臺(tái)微型的量于計(jì)算機(jī)，分子內(nèi)的三個(gè)碳原子起到存儲(chǔ)器的作用。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，張利用一系列核磁共振脈沖改變?cè)�子的概率。l／10秒之后，一個(gè)最后的脈沖迫使這些原子確定他們的位置，并得出答案。

　　張喜歡開(kāi)玩笑說(shuō)他擁有世界上能夠工作的最大的量子計(jì)算機(jī)，但他也坦然承認(rèn)這臺(tái)機(jī)器離實(shí)用還差得很遠(yuǎn)。由于每個(gè)分子只有3個(gè)可操縱的原子，因此它只能搜索包括8個(gè)名字的電話薄。要想搜索規(guī)模更大的清單，需要使用更大的分子。朗訊公司貝爾實(shí)驗(yàn)室和密歇根州立大學(xué)的研究人員提出用不同的辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。他們相信他們能夠讓任何數(shù)目的電子漂浮在一層液氦上，然后利用一系列精心安排的微波操縱電子進(jìn)行計(jì)算。

　　不管我們是否想要量子計(jì)算機(jī)，我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)我們需要它們。隨著普通計(jì)算機(jī)電路持續(xù)縮小，它們最終將達(dá)到量子機(jī)械的足寸，它們的所作所為也將發(fā)生根本變化。計(jì)算機(jī)業(yè)的許多人認(rèn)為這一尺寸極限——可望在2012年左右的某個(gè)時(shí)候達(dá)到——是一個(gè)障礙，但是張卻稱之為一個(gè)可望而不可即的量子力學(xué)“金飯碗”。他若有所思地說(shuō)：“我們正在從終點(diǎn)著手，然后往回走向文明。”你不可能比這更“量子”了。(曹衛(wèi)國(guó)譯)