科学探索|奇特“新脑”：意识从物质中产生的几种形式( 四 ) 奇特“新脑”：意识从物质中

要走得更远，我们需要更深入地了解物质是如何工作的。因为越小意味着越快、越便宜。我们制造越来越小芯片的技术推动了技术进步。这在哲学上非常有趣。你制造机器，制造出的机器再制造更小的机器。
但事实远比此更为复杂。同样，它需要许多基础物理创新和深刻理解。这就是万物的本质，沿着这条路，多年来进展显著，至少有50年的发展史了。
摩尔定律正发挥着作用。摩尔定律并不是一个定律，它不是自然定律，而是对数字计算机技术发展趋势的观察。这一定律概述：大约每两年，芯片的线性尺寸将变小一倍，价格便宜一倍，速度快一倍。这一业态已持续了几十年。
现在，翻一倍也许不像以前那样了。由于基本的物理原因，这种进展速度将很难保持。现在的比特几乎总是涉及：分离电荷以获得电压，正如我之前提到的，或者排列物体（通常是电子）的自旋。因此，如果你想编码“1”和“0”（这通常利用电压来实现），你要做的是这样分离电荷：如果高压开启，即正电荷在上而负电荷在下，你会得到“1”；相反，你会得到“0” 。这是在物理上实现“1”和“0”的一种方法。或者，你可以利用自旋方向：自旋全部向上、向下分别代表“1”和“0” 。
如今，尺寸越来越小，小到只有几个原子大小，因此，在“0”和“1”的基本实现上，我们可以利用的仅有几个单元。如果我们想继续改进技术，那将要改变摩尔定律，以及改变我们工作的本质，这是非常具有挑战性的，因为当我们进入只有一到几个自旋或电荷的层次，规则变化了。我们进入所谓的量子力学领域，面对的是物理学中的量子行为。
量子世界是一个很难开展工作的地方，在那里你只有一个电荷或一个自旋。数量上发生很小的涨落，就会导致完全不同的结果。而在量子世界中，涨落无处不在。
量子力学的本质在于概率，而且量子世界充满了涨落。例如，电子不能同时具有确定的位置和确定的速度，这就是海森堡不确定性原理。所以，当你的单元在到处移动并且很难确定的时候，这是一个很难开展工作的地方。
但正如我将要阐述的，这个奇怪的量子世界也充满了希望和允诺。如果我们与之合作，而不是试图与之对抗，它会开辟新的可能性。
我们正在从比特、二进制数字，即1和0，转向量子力学版本的比特，称之为量子比特。这带来了一种新的信息，不是布尔、巴贝奇和图灵等认为的固定量的0和1，而是物理世界启发的、来自物理世界的——涨落的量。

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经典比特和量子比特
最简单的两态系统即一个单自旋，就是一个量子比特，它和我已经提到的经典世界的指上或指下的东西具有非常不同的图像。它具有量子不确定性。由于我们无法摆脱量子不确定性，我们必须学会接受它。
就这种不确定性的特别形式，我详细解释一下。现在我们测量一个量子比特的自旋——让我们把量子比特看作是指向上或下的自旋。我们可以在任意方向测量这个量子比特的自旋——x方向、y方向或z方向。如果我们这样测量，我们没有得到一个确定性的结果，正如我所说的，量子世界具有涨落。在量子力学原理中，你要知道，你能做到的是：得到在测量的三个方向上自旋向上或自旋向下的概率。
相比于单个经典比特的只有一种选择——要么是1，要么是0，对于量子比特，我们需要三个概率——三个数字，三个连续的数字即所谓的实数，来定义一个量子比特在做什么，它是什么状态，而不是只有一个选择，要么是0，要么是1 。量子世界存在的现象，必须用复杂得多的方式对其描述。