科学探索|奇特“新脑”：意识从物质中产生的几种形式( 五 ) 奇特“新脑”：意识从物质中

我们试着形象化一些东西，它们是抽象的，但也都出自物理的具体研究。比特的值要么是0，要么是1，
而量子比特在涨落，一个量子比特的状态需要用三个数来表征，这就如同你在描述三维圆球中的位置时所需要做的一样。这已是状态空间的一个大扩展。
当我们开始考虑量子比特对时，事情变得更疯狂了。如果我们要描述它们的状态，我们可以选择在x方向测量两个量子比特，或者我们可以选择在x方向测量量子比特A、在y方向测量量子比特B，或者反过来，等等。共有九种可能性，每一种又都有其概率。然后我们也可以置一个量子比特于不顾，只测量另一个量子比特。这就引入了另六种可能性。基于量子力学原理，可以证明，每一个可能性都以一个独立的数字来描述。所以两个量子比特用15个数字描述——15个实数。以此类推，为了描述量子比特的状态，我们需要22N -1个实数。
在场的很多人应该知道如何解释这个数字22N -1有多大。一个量子比特，我们需要3个数字，两个量子比特，我们需要15个数字，三个量子比特，我们需要63个数字，四个量子比特，我们需要127个数字，等等。数字变得非常大，变得非常快。事实上，前几个例子还看不出来它会变得多么巨大。

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有一个故事可以生动地比喻这个变化。这是一个关于国际象棋的故事，国际象棋起源于波斯、印度、中国或是其他地方，这不是故事的重点。国王对象棋非常满意，他非常喜欢这个游戏，于是想奖励发明者。国家就问这个发明者：“告诉我，你最想要什么。”象棋的发明者说：“我很谦卑，并不需要丰厚的报酬，只想每天都有米饭吃。而且我想将您的奖赏与象棋结合起来。所以请您第一天赏我一粒米，放在第一个正方形里，第二天，赏我第一天的米数的2倍，放在第二个正方形里，第三天的数量是第二天的2倍……”国王说：“这太荒谬了，也太少了吧，与你的成就不符呀。”但是象棋的发明者坚持就要这样的奖赏。于是国王便同意了。起初，这看起来像个玩笑。一开始是一粒米，然后两粒，然后四粒，八粒，然后十六粒。但是后来数量开始变得更多了。很快国王发现他的大米储备已经耗尽，他很尴尬，因为他要失信了。所以，他杀了象棋的发明者。
从中我们可以学到，不断翻倍，会产生非常快的增长。这就是所谓的指数增长，这就是为什么摩尔定律能使我们从巴贝奇使用的那种笨重的机器中快速实现了计算机的现代化。这也同样适用于量子计算机和传统计算机的对比。当你添加越来越多的量子比特，量子计算机的容量增长会非常非常地快，比传统计算机的比特数增长函数要快得多。因此量子比特的潜力非常大，它能开辟更为广阔的空间。
但是，它们很精微、脆弱。在最初的实现过程中，我向你们提到，是单个电子或单个自旋。它们很容易被扰乱。这些概率很容易被任何与外界的相互作用干扰。如果你用这些概率来编码你的信息，它们是非常脆弱的。所以我们需要保护这些量子比特不受外界以及彼此的影响，以保持信息的完整性。但另一方面，为了让他们做有用的工作，他们必须相互影响，以实施量子门或其他操作。最终，我们不想仅仅把我们的量子计算机当成一个黑箱来欣赏，开心于知道它的快和强大，我们想利用它解决问题！所以我们希望它能够输入和输出信息。因此，我们必须在量子比特的孤立和相互作用之间保持微妙的平衡，前者是量子比特完整性的必要条件，后者是量子比特执行必要事情的必要条件，也是量子比特偶尔与外界作用以获取、输出信息的必要条件。