陆朝阳：在量子世界里，孙悟空的分身术、筋斗云有没有可能？｜2021腾讯青少年科学小会演讲( 三 )

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我们知道微观世界的量子或者原子长什么样子之后，下面一个我们想问的问题是：在这样一个微观世界里面有什么样的运动规律？
下面我就用一个简单的游戏给大家解释一下。量子力学两个最基本的原理以及我们现在正在做的安全的量子通信和超快的量子计算所依赖的主要原理。
这个游戏是一个改装后的保龄球游戏，我们在保龄球的球道中间放上几块挡板，所以保龄球只能从中间穿过去。我们知道在现实生活中肯定可以看到屏幕上这么一个情况，就是最后会留下中间孔道所对应的两个保龄球之后，留下的这么一个痕迹。

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我们现在进入量子世界，把这么大一个保龄球给缩小，缩小成一个原子或者一个电子大小，重新玩一模一样的游戏。中间还是有短板阻隔着，但我发现当我玩了大概几千次之后，出现了跟刚才截然不同的一个现象。我们就可以看到经典世界和量子世界非常鲜明的对比。
我们可以看到，在量子世界里面，会出现明暗相间很多个条纹。这是为什么，我们通过物理学的研究发现，在这里面量子保龄球被扔过去的时候，不是像我们日常生活中一样的，确定地从左边过去或者从右边过去。它有点像孙悟空的分身术一样，可以把自己变成两个分身，然后从左边和右边一起过去。一起过去之后，就会在后面的屏幕上，形成自己和自己干涉。也就是说，这里面涉及到了量子力学里面一个最重要的基本原理，我们术语叫做“量子相干叠加” ，就是它可以允许一个物体同时处于多种状态。

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这么一种简单但是非常深刻的原理，就给了我们一种新的方式来做一种新的计算。比如说，我们知道今天用的计算机，大家的手机，你们的笔记本电脑，用的都是叫比特，它就是0或者1 。比如说开关，开的时候是0 ，关的时候是1 。
那我们刚刚讲了，在量子保龄球游戏里面，一个原子可以从两个路径一起过去，就是说0和1可以一起存在的。这样的话就给了我们一种量子并行计算的原理。

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如果我有一个量子的话，我就可以0+1同时存在；如果我有两个原子的话，我就有00、01、11、10四种状态；如果我有50个原子的话，我就有2的50次方个状态存在。这个数是一个非常大的数，给大家一个直观的感受的话，就是如果我们把一张A4纸对折50次（这个纸原来的厚度假设是0.1毫米×2的50次方），这个厚度有些人会觉得大概是一张桌子的厚度，有些人会觉得是一座楼的高度。其实大家算一下，它是超过我们地球到太阳的距离的。所以这么多种状态一起存在，我们就可以把这么多的状态一起给算出来，就提供了我们所说的量子并行计算。