量子電腦 Quantum Computing

量子力學是二十世紀初發展起來與相對論力學並列的兩大近代物理理論之一。量子力學描述原子世界的物理特性，而相對論力學則描述高速（接近光速）粒子的物理現象，二十世紀物理科學完全建立在這兩大理論上。它們為人類認識自然界──從小至構成物質最基本的夸克到大至整個宇宙的產生及演變──奠定了基礎，而量子力學對過去半個世紀的工業技術發展也發揮了不可忽視的作用。從半導體技術的發展，各種新材料的發現到最近奈米技術的產生，無一不是以量子力學為其基石。 

如果說二十世紀是電子技術的全盛時期，則二十一世紀將會是量子技術創造成果的世紀。然而，當前支配高科技發展的資訊處理及電腦運算仍以古典物理法則為基礎。毫無疑問，資訊科學的進一步發展必須借助於量子力學的原理和方法，而量子力學究竟會對資訊處理和電腦運算速度產生什麼樣的影響呢？ 

直觀地想像，電腦和各種數位影音設備能展現如此複雜的影像世界和動聽的音樂，其內部資訊處理一定非常複雜。但事實上，在電腦及數位器材內構成各種資訊的基本單位─位元，卻極為簡單，是用二進位制中的０和１表示。所有的信號都是由０與１來組成、儲存、運算及傳遞。物理上，位元是用一個實際物理系統來實現。以開關為例，「關」代表０，「開」代表１；也可以用光纖中的光脈衝，磁帶中的磁化性質等來實現。在傳統的電腦裡，０與１是由電位的高低來表示，這種用傳統位元存儲和處理資訊的手法稱為古典資訊。如果我們用量子力學中光子的兩個極化狀態，或電子、核子自旋的兩個自旋狀態，或原子的基態和激發態來實現資訊中０與１的兩個狀態（記為│0＞ 和│1＞），這樣的位元稱為量子位元，用量子位元來存儲和處理資訊，則稱為量子資訊。 

波爾與愛因斯坦的分歧

愛因斯坦所認為的量子力學，和以波爾為首的哥本哈根詮釋有不同。

簡單來說，波爾那派的想法，是比較屬於"機率"、"不確定的"；而愛因斯坦的想法顯然和他們有分歧。

以量子糾纏來講，波爾所支持的，像是2個紅藍兩色的羅盤，當一個指向紅，另一個必會指向藍，即使兩者距離極遙遠。更大膽的說法是，這兩者間有著特殊的關係，比如說對一個粒子的測量，可以導致整個系統的波包立刻塌縮，因此也影響到另一個、遙遠的、與被測量的粒子糾纏的粒子，也就是愛因斯坦所說的"超距幽靈作用"，但他卻不支持這樣的說法。愛因斯坦的想法比較像是把一雙手套左右手分別放進不同箱子，並拿到不同地方(距離多遠都可)，當你打開其中一個(若是右手)，那你必會知道另一個裡頭裝的是甚麼(就是左手啦!)，愛因斯坦的結論就是，在你去觀察這個糾纏現象時，他們早就已經決定了彼此的關係，更不可能有甚麼"超距幽靈作用"。

愛因斯坦也為此說了一句很有名的話：「上帝不玩弄骰子」

但波爾也反駁說 ： 「別再告訴我上帝該怎麼做了!」

在日後的實驗中，似乎證明了愛因斯坦的想法(他認為構成自然世界的粒子，不應該是建立在機率以及不確定上)可能是錯的。例如有名的"'雙縫實驗"。

在這個實驗中，我們無法預側，在什麼時刻，在偵測屏的什麼位置，會有一個粒子抵達。這麼一個無可爭議的結果，是經過多次重複地實驗而得到的。同時也給予了科學家極大的困惑。因為粒子抵達順序的無法預測，意味著沒有任何原由，而發生的事件，這是科學家非常不願意接受的事實。

目前，我們只能算出粒子發射後，所落在哪個位置的機率是多少。

這也是德國物理學家海森堡於1927年所提出的"不確定性原理（Heisenbergyuncertaintyprinciple）"，具體指在一個量子力學系統中，一個粒子位置和其動量不可被同時確定。

(圖片來自維基百科)

圖 (11) ，經過一段時間，電子的累積顯示出干涉圖案

(以上為本人整理及解釋，如有誤或有問題，歡迎提供寶貴意見)

補充(引述自維基百科)

哥本哈根詮釋包含了幾個重要的點子。

1. 一個量子系統的量子態可以用波函數來完全地表述。波函數代表一個觀察者對於量子系統所知道的全部資訊。
2. 基本上，量子系統的描述是機率的。一個事件的機率是波函數的絕對值平方。（馬克斯·玻恩）
3. 不確定性原理闡明，在量子系統裏，一個粒子的位置和動量無法同時被確定。（海森堡）
4. 由於物質具有波粒二象性，根據互補原理（Complementarity principle），一個實驗可以展示出物質的粒子行為，或波動行為；但不能同時展示出兩種行為。（尼爾斯·波耳）
5. 測量儀器是經典儀器，只能測量經典性質，像位置，動量等等。
6. 對應原理：大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似於經典行為。（尼爾斯·波耳與海森堡）

何謂量子力學?

量子力學（英語：Quantum Mechanics，或稱量子論）是描寫微觀物質 （原子，亞原子粒子）行為的物理學理論 ，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核物理學和粒子物理學以及其它相關的學科都是以量子力學為基礎。

簡單來說，量子力學是我們理解除萬有引力之外的所有基本力（強交互作用，電磁交互作用，弱交互作用，引力交互作用）的基礎。

19世紀末，古典力學和古典電動力學在描述微觀系統時的不足越來越明顯。量子力學是在20世紀初由馬克斯·普朗克、尼爾斯·波耳、沃納·海森堡、埃爾溫·薛丁格、沃爾夫岡·包立、路易·德布羅意、馬克斯·玻恩、恩里科·費米、保羅·狄拉克等一大批物理學家共同創立的。 因其成功的解釋了古典力學無法解釋的實驗現象，並精確地預言了此後的一些發現，物理學界開始廣泛接受這個新理論。量子力學早期的一個主要成就是成功地解釋了波粒二象性，此術語源於亞原子粒子同時表現出粒子和波的特性 。除通過廣義相對論描寫的引力外，至今所有其它物理基本交互作用均可以在量子力學的框架內描寫（量子場論），比如微觀領域（原子或亞原子），高能或低能狀態以及超低溫狀態。

"我在MIT燃燒物理魂"---Walter Lewin