之前聊了不少量子计算的算法，今天换个话题，回到量子计算的一个根本问题，聊聊为什么量子计算机这么难制造。

经典计算机里的晶体管，工作时状态是确定的0或1，这样的可靠性是因为晶体管的状态并不取决于单个电子，而是许多电子的平均。这样一来，即使有少数电子的状态受到干扰翻转了（例如电子在线路中逃逸了），也不影响整个晶体管的状态。这也是经典计算机能可靠工作的关键。

举个例子来说，假如一个经典计算机里的比特由3个电子的状态表示，每个电子可能处于两种状态之一，记作 \(|\uparrow\rangle\) 和 \(|\downarrow\rangle\) 。在工作的时候，假如某个电子发生了翻转：

这种情况并不会造成经典比特的翻转。实际情况里，一个经典比特会由多得多的电子状态来表示，少数电子造成翻转的可能性就更小了，由此保证了经典计算机的可靠性。

但是，这个性质也决定了经典计算机的『经典』特性，使它无法表现出『量子』的一面。

设想一下，假如我们想用两个经典比特构造一个量子相干态：

在逻辑上，这个状态可以写成

假如某个电子翻转了，例如第一个晶体管的状态从 \(|\uparrow\uparrow\uparrow\rangle\) 变成了 \(|\uparrow\uparrow\downarrow\rangle\) ，物理状态发生了变化，但逻辑状态没有变：

您可能会问：这不挺好么？物理上虽然有电子发生了翻转，但逻辑上就像什么也没发生一样！

但是！关键问题来了：电子的翻转不可能『凭空发生』，这必然是和这两个比特之外的『外部世界』发生了相互作用导致的。这种相互作用，必然导致外部世界的状态也发生了变化。假设这个外部世界的状态，变化前是 \(|0\rangle\) ，变化后变成了 \(|1\rangle\) ，我们需要把它也考虑进来，这个演化过程就变成了这样：

这里增加的第3个量子位，就是外界状态。

在这个演化过程发生前（也就是箭头的左边），无论内部状态如何，外部状态都是 \(|0\rangle\) ，因此第三个量子位可以的丢掉：

在演化过程发生后（箭头的右边），外部状态就不能丢掉了，它有可能是 \(|0\rangle\) ，也有可能是 \(|1\rangle\) 。但我们如果从系统内部看，外部状态是否发生变化对我们是不可知的，我们只知道，从内部看系统的状态变成了这样：

也就是说，演化后我们的系统状态，是 \(|1\rangle|0\rangle\) 或者 \(|0\rangle|1\rangle\) 之一，具体是哪个，取决于外部世界的状态（也就是是否有逃逸电子与外部世界相互作用）。这意味着我们的系统『坍缩』成了经典状态，原来的superposition状态没有了！你也可以这么理解，逃逸出去的电子与外界相互作用，相当于外部世界对这个电子进行了一次『测量』，这么一搞，我们系统原来的相干态就没了，也就是量子计算里经常提到的『退相干』(decoherence)。

从这个例子可以看到，我们的量子系统只要有一个电子逃逸出去与外界相互作用，就会导致整个系统退相干！

这也是为什么量子计算机这么难制造的原因了：一方面我们要尽可能隔离量子电路，避免它与外界相互作用；另一方面，我们又要使用和操作量子计算机，于是就不可避免需要接触和控制量子电路。要达成这两个看起来互相矛盾的目标，简直是不可能完成的任务！

当然，办法还是有的，从物理体系，工程工艺，到纠错算法等等，都使我们一天天接近实用的目标。具体的这里就不展开了，以后再说。

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