袁岚峰

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员

科技传播系副主任

在本期杂志中，有两篇专稿介绍了量子领域的两个重要研究方向，一篇是《量子世界究竟在哪里结束，具体的现实从哪里开始？》，另一篇是《全尺寸量子计算机究竟有什么用？》。两者谈的都是薛定谔的猫：前者谈的是它的生死，后者谈的是它的用处。

仔细想想，薛定谔的猫之所以难以想象，究竟是因为什么？难道不是因为猫太大了吗？如果把猫换成原子或者分子或者光子或者其他的微观体系，我们就不会觉得有任何奇怪的了。事实上，微观体系的薛定谔猫态早已大量地制备出来，并一再被证实它们确实具有量子体系的那些奇妙性质。

因此，就出现了一个逻辑问题：这一切究竟有没有极限？是否存在一条边界，比这个小的是量子世界，比这个大的是经典世界？开玩笑地说，量子世界就是允许薛定谔猫（态）活着的世界，经典世界就是薛定谔猫（态）必然死亡的世界。

其实在很多人看来，并不存在这样的边界，因为量子力学的理论形式是完全普适的。但也一直有人在探讨，如果存在这样的边界会怎么样，以及如何找到这样的边界。

在这当中特别有趣的一类，叫作自发坍缩理论。它认为，没有观测的时候，波函数也会自发地以一定概率坍缩。假如这个理论是正确的，就可以自动解决量子力学中的很多困难。第一篇专稿中提到的GRW模型，就是一种代表性的自发坍缩理论。这篇文章讲的就是在寻找经典与量子分界线方面最新的一些实验工作，或者更准确地说，为实验做的一些准备。目前这类实验还从来没有得到特别的结果，但假如有朝一日得到了，那无疑将开启一场新的科学革命。

关于薛定谔猫，还有一大问题，就是它有什么用。量子计算是目前所有科学领域中最热门的方向之一，因为几乎所有人都听说了，量子计算的应用前景巨大。而对量子计算有了解的人会知道，量子计算机能超越经典计算机的关键，就是要用到量子纠缠，也就是薛定谔猫态。

但在量子计算吸引了巨大的关注和资金的背景下，一个有点令人尴尬的问题是：它究竟能用来干什么？其实每次记者采访我这个问题，我都会说出很多，如密码破解、数据库搜索、天气预报、交通规划……但需要注意的是，所有这些都是远景，而不是近景，更不是已经实现的。

为什么会这样？一方面，当然是因为量子计算机的硬件还太弱了：量子比特的数量还不够，量子操作的保真度还不够高，或者说太容易出错。但另一方面，只有内行才知道的是，量子计算机的软件也还远远不够。

公众往往以为，量子计算机无论干什么事情都比经典计算机快。但这其实是个巨大的误解，量子计算机要发挥优势，必须针对特定问题设计特定算法。对于有这样算法的问题，量子计算机才能超越经典计算机。也就是说，量子计算机只是在一些问题上比经典计算机快，这些问题是需要寻找的。

而目前，我们找到的、有严格数学证明的量子计算机有优势的问题，其实是屈指可数的。如何寻找更多的能发挥量子计算优势的问题，就是第二篇专稿文章的内容。所以当我们从哲学层面思考薛定谔猫的生死之后，我们还需要面对现实问题：薛定谔猫有什么用？