在我们最引以为傲的技术成就还包括将宇航员送上火箭飞向月球的时代，相关工程师需要克服巨大的挑战。但一位现代计算机科学家可能会咕哝，至少当时他们还能解释其中的基本原理：爆炸的燃料向下喷射，宇航员就向上升。
如今，我们珍爱的电子产品不再安放在卡纳维拉尔角发射架上，而是摆在我们的书桌和口袋里，尖端科技的世界变得既更加晦涩难懂，又更加触手可及。我们都知道 iPhone 6 Plus 的吸引力何在，但大多数人很难准确解释它究竟是如何工作的。
当我们谈论革命性且奇特的量子计算机世界时，这一点尤其明显。这些设备目前正在从微软到谷歌等科技巨头以及大学的实验室里研发。偶尔有人声称已经制造出了一台，但没有人能绝对证明它确实在使用量子机制。虽然有一个狂热的小群体关注着每一个新进展，但我们大多数局外人却很难解释量子计算机到底*是做什么*的。
在撰写本文时，我做了一个快速、非正式的民意调查，对象是排队等公交车的物理学和工程学研究生。“什么是量子计算机，”我问道，“它 supposed to do 什么？” 大致有三种主要的回答：
- 它就像一台非常非常快的普通计算机。
- 它是一台可以破解所有其他计算机的安全的计算机。
- 或者，简单地说，“我不知道。” 有一个人开始长篇大论，绕着概率和微观相互作用的理论展开，最终却陷入了混乱。
“我们要回溯到最根本，来测试量子力学本身。”
理论计算机科学家斯科特·艾伦森 (Scott Aaronson) 告诉《大众科学》(Popular Science)，记者和研究人员向公众讲述了关于量子计算的不完整甚至近乎虚假的故事。
“有一种说法是，量子计算机能够瞬间解决任何问题，因为它们同时考虑所有可能的答案。” 他说。这种说法源于驱动量子计算的量子比特（qubits）。与普通计算机中的比特只能表示 0 或 1 不同，量子比特在一个计算中可以具有多个“叠加态”——持有宇宙中所有可能的值。按照这个说法，其中一个值就是正确答案。这在技术上可能是正确的。但艾伦森说，人们忽略的一点是，量子计算机必须将所有这些叠加态“坍缩”成一个单一的答案。至于它是否能在任何给定问题中找出正确答案——并且比传统机器更快——仍然是一个悬而未决的问题。换句话说，没有特别的理由说明一个 qPhone 会比 iPhone 运行得更快。
那么，制造它的意义何在呢？
简单的答案是，有些特殊问题量子计算机应该比传统计算机解决得快得多。最著名的例子是质因数分解。晶体管芯片可以轻松地将许多素数相乘得到一个大数，但需要很长时间才能将这个大数分解成它的组成部分。计算机必须测试所有可能的素数组合，直到偶然找到正确的组合。这个基本概念对于保护从你的 Facebook 密码到你银行账户里的钱财都非常重要。
1994 年，数学家彼得·肖尔 (Peter Shor) 证明，量子计算机的特殊性质可以让他们从海量错误答案中快速筛出构成巨大数字的真实素数因子。粗略地说，质因数分解问题的所有可能答案同时存在于量子比特的叠加态中。它们还具有称为“幅度”（amplitudes）的属性。幅度与概率有关，但经过扭曲，包含负数和虚数。想象一下，它就像是量子世界里失控的概率版本。肖尔提出了一种方法，可以排列特定质因数分解问题的潜在答案，使得错误答案的幅度相互抵消。在量子计算机上运行肖尔算法，错误的答案会相互湮灭，只留下正确的答案（在这种情况下，很可能是破解你 Facebook 密码的关键）。
艾伦森说，这个想法虽然正确，但仍然没有抓住量子计算机的要点。
“这是一个容易讲给人们听的故事，但不是正确的故事。” 他说。在他看来，量子计算并非关于进行在线银行盗窃。它关乎证明宇宙中一些基本的东西：那些奇怪的、几十年前的量子力学说法——爱因斯坦称之为“鬼魅”，并花费多年试图否定——不仅仅是理论。
“如果量子力学不让你感到不安，那你就没有真正思考它。” 艾伦森说。量子力学告诉我们，我们对世界的所有基本假设都是错误的。当一个棒球击中球棒时，它*可能*会飞向左外野。但它也可能变成一只微小的、狂暴的大猩猩，或者掉到地上唱响加拿大国歌，或者完全消失在可见世界之外。在我们所看到的一切之下，粒子都在狂暴的随机性中颤抖。我们生活在一个奇特的幅度汤中，一个我们几乎没有经验性地观察过的领域。
艾伦森说，如果一台全规模的量子计算机建成，所有怀疑量子力学的人——即使在科学家中仍然有怀疑者——都将不得不承认错误。这将是一项与大型强子对撞机 (Large Hadron Collider) 相当的成就，科学家们利用它在欧洲核子研究组织 (CERN) 发现了希格斯玻色子，并证实了标准物理模型中的许多理论。换句话说，艾伦森认为，量子计算机将是一台其最大宗旨是服务于纯科学的机器。
“量子计算有某种复古的味道，” 他说，“我们要回溯到最根本，来测试量子力学本身。”
