15 量子计算机不一定能“同时进行多项计算” 274

多伊奇对量子计算的原始表述，是他深深信奉量子力学多世界诠释的体现。多世界诠释认为波函数每一个可能出现的态都对应着一种物理现实（我们将在下一章讨论这一看法）。按多世界诠释，一台量子计算机其实是在多个世界中同时进行计算，而一台经典计算机只能在一个世界中进行计算。多伊奇确信，量子计算可能存在，这一点正也支持了多世界假说。但很多研究量子计算理论的科学家认为，量子加速真正的关键，并不在于并行性（更不用说在多世界中进行并行计算），而在于纠缠。量子计算利用量子比特间的纠缠关系来整体操纵它们，因此无须单独对每个量子比特反复进行运算，这可以省去很多麻烦，因为它意味着我们可以在不同的多量子比特态间跳来跳去，无须像经典计算机那样通过中间步骤来进行。纠缠意味着从某种意义上，量子计算机的每个计算步骤能做的事情“更多”了。多亏有量子非定域性，我们才能通过介入“这里”的事件而影响“那里”的情况；同理，只要对量子比特群做一件事，我们就可以得到做很多事的结果。
不过，这也不是看待量子计算的唯一角度。也有人认为量子加速更多是因为不同的量子态之间可能发生干涉：两个量子态的整体概率并不等于它们各自概率的和。当然，纠缠本身就是干涉的一种呈现形式，因为它确立了两个态之间的关联。但没有纠缠的情况下也可能出现干涉，比如双缝实验就是这样。
而如今，研究结果清楚地表明，尽管大多数量子计算架构需要纠缠的参与，但它并非本质要素。德国马克斯·普朗克量子光学研究所的马尔滕·范登内斯特提出了一种实现量子计算的理论方法，只需要极小一部分的纠缠便可运行。（为什么不是“完全不需要纠缠”呢？因为范登内斯特的方法是以带有纠缠的态为初始的，然后证明纠缠可以逐渐减少，减少到无限接近于0，同时并不会影响计算效果。）因此，纠缠在量子加速中或许并不起决定性的作用。当然，反过来讲也是对的：根据理论，量子计算机中纠缠的量再大，或者说量子干涉的量再大，也不能保证量子计算机会比经典计算机更快。[插图]
是，如果量子计算机的高速度并非来自大量可能的量子比特态带来的多世界，也不是来自纠缠或者干涉，那它来自哪里呢？另一个可能的来源是“背景依赖性”：量子实验的结果依赖于测量背景。加拿大滑铁卢大学的约瑟夫·埃默森及其同事提出，背景依赖性可能是至少一部分形式的量子加速的隐性要素。但争论还在继续。
理解量子力学究竟能够以何种方式提升算力，或许反过来也能帮我们理解该领域中最深刻的问题之一：量子信息到底是什么，又可以怎样被传播、被改变。这并不只是一个脱离于制造设备这种具体现实的理论问题。我们已经看到，目前为止，科学家们只提出了少数几种量子算法，且它们主要适于解决特定的问题，如质因数分解和搜索。量子力学的各种特性还不能直接为我们所用，设计出好的量子算法也是一项非常困难的任务。而如果我们对量子力学在哪一方面具有潜在优势有更好的了解，或许这一任务会变得容易一些。