在了解量子力学之前，我总觉得量子离我很遥远

Posted 2023-03-05 turingbooks

在翻译《图解量子计算机》这本书之前，我总感觉“量子”这个概念离我很遥远，对此更是一无所知，顶多听说过“遇事不决”“薛定谔的猫”，最多再加上“李永乐的兔子”。而且作为一个后端程序员，我感觉学习量子计算机远不如学习编程语言或中间件来得实惠，毕竟“叠加态”“纠缠态”和工资也不挂钩。

但在翻译《图解量子计算机》的过程中，我的想法多多少少发生了改变，渐渐发觉量子计算机似乎也不是那么遥远。

拉近与量子的距离

在正式翻译之前，我查阅了一些物理学家的故事。这些从事量子力学研究的物理学家有一个共同点，他们对量子力学做出重要贡献时，大多正值青年。当时的物理学界与眼下的互联网公司似乎有几分相似：都是年轻人的天下。围绕着这群年轻人的趣闻最先拉近了我与量子的距离，印象最深的趣闻当属冯·诺伊曼的希尔伯特空间。

希尔伯特在听罢一场有关“希尔伯特空间”的报告后，举手问道：“先生，请问什么是希尔伯特空间？”。据说当时的报告人正是冯·诺伊曼。读到这个笑话的时候，正是互联网圈子流行“黑话”的时候，看来这两个圈子某些方面还是挺像的。

翻译过程中的经典收获

在了解历史背景以后，我就开始着手翻译了。在这个过程中，我不但了解了量子计算机的发展过程、什么是量子比特、以及各种量子门（逻辑门的量子版）的特点和输入输出，甚至还有意外收获。

01

经典计算机问题的求解溯源

第一个收获是《图解量子计算机》第7章介绍的“量子退火”算法。

在说明“量子退火”之前，书中先介绍了能够在传统计算机上运行的“模拟退火”算法。经过实验，力扣（Leetcode）上的有些题目真的可以使用“模拟退火”算法求解。

通过以下链接可以找到一些能够使用模拟退火求解的题目：

https://cn.bing.com/search?q=site%3A%22leetcode-cn.com%2F%22+%22%E6%A8%A1%E6%8B%9F%E9%80%80%E7%81%AB%E2%80%9C

分享给大家~看来学习量子计算机对使用经典计算机求解问题还是有些帮助的。

02

“超光速通信”是否能够成为现实

第二个收获是直接知道了“能否实现超光速通信”这一问题的答案。

2016 年 09 月 29 日，潘建伟教授在香港举办的“全球科技前沿，中国量子通讯”报告会上，发表了题为“量子飞跃，神化哲学和未来”的演讲。演讲结束后的问答环节上，有三个问题都可以归纳为“能否实现与几光年外的即时通讯？”，潘教授最后笑着说“既然大家已经三次问到这个问题了，我就花点时间讲一下”。

在听这个报告时，我已经翻译完了《图解量子计算机》第 5 章讲述量子隐形传态的内容，自然也就知道了问题的答案。读过本章就会知道虽然英文里有 Teleportation 一词，但量子隐形传态并不像游戏或影视作品里的超时空传送那样，不是一个物体或人原封不动地从一处瞬间移动到另一处。书中只用短短的一个段落就说明了量子隐形传态的特征：“无法以超越光速的速度传递有意义的信息”，以及“由于量子态无法复制，所以量子计算机根本不支持复制粘贴之类的操作”。若不深究背后的原理，这两个结论还是十分便于记忆的。

03

理解线性代数的实际功用

第三个收获是觉得线性代数不再枯燥了，至少知道有什么用了。

《图解量子计算机》不像其他量子计算机的入门书籍，开篇会用一到两章的篇幅来介绍复数、向量和矩阵，而是全书只出现了一个公式，连 |0〉和 |1〉也都是当作符号来用，不涉及任何相关计算。

第4章介绍了几种常见的量子门，当对照着图片，把其他书籍中表示量子门的矩阵代入，亲自动手计算的时候，我才真正感受到了矩阵的威力，这不就是编程语言中的函数吗，同时也开始后悔上学时没有好好学习线性代数。

回过头来看，本以为量子计算机虚无缥缈，与实实在在的日常工作生活没有关系。但当听到新闻中提到“量子霸权”时，知道这个词没有那么浓重的政治色彩。阅读机器学习的书籍时也能直接跳过介绍线性代数的章节了。看到 B 站弹幕中的“彳亍”时，知道这两个字曾用来翻译狄拉克符号。总的来说是得到了不少乐趣和收获。

近年来，作为突破经典计算机极限的希望所在，量子计算机受到了人们的广泛关注。《图解量子计算机》运用丰富的图例，从量子计算机的基本工作原理入手，系统地为初学者呈现了量子计算机的全貌。内容涉及量子比特、量子门、量子电路和量子算法等。

《图解量子计算机》

作者：宇津木健

译者：胡屹

内容简介

全书以图配文，深入浅出，难度介于科普书和技术书之间，易读性与专业性兼具，无须精通量子力学和数学也能读懂，是一本不可多得的量子计算机入门佳作，旨在引导读者迈入量子计算机世界的大门，为日后阅读各种专业图书铺平道路。

本书亮点

• 网罗量子计算机基础知识，清晰呈现量子计算机全貌

  本书从量子计算机的基本工作原理入手，结合量子计算领域学科交叉的特性，系统地梳理了量子比特、量子门、量子电路和量子算法的相关知识点，清晰地向读者展示了量子计算机的真实情况。

• 难度介于科普书和技术书之间，易读性与专业性兼具

  本书旨在引导读者迈入量子计算机世界的大门，为日后阅读各类专著铺平道路，书中既没有晦涩难懂的物理学理论，也没有复杂抽象的数学公式，是市面上少有的真正适合初学者的量子计算机入门书。

• 以图配文，讲解细致

  本书延续“日系图解”系列的特点，采用大量图片，耐心地引导初学者一步步进行学习。深入浅出，直观易懂。

量子霸权、量子比特、量子门、量子纠缠态、

量子隐形传态、量子算法、量子退火、硬件制备

这些都是什么？

快来用140张图了解量子计算机~~