薛定諤的殺手锏：建造世界上第一臺量子計算機(jī)的故事
導(dǎo)讀：
我是一名從事量子計算的研究員，現(xiàn)供職于一家坐標(biāo)于多倫多的光學(xué)量子初創(chuàng)公司。我于2015-2018年期間在建道靈（Jonathan P. Dowling）的指導(dǎo)下完成我的博士學(xué)業(yè)。6月5日，道靈的離開的消息讓他的所有學(xué)生措手不及。上周，中科大陸朝陽潘建偉教授刊登道靈的悼文。最近，我也一直在思考我該如何表達(dá)我對老師的感激之情。我想沒有什么比讓更多人去了解老師的文字和想法更好的方式了。本文是我翻譯的他的第一本書《Schr?dinger’s Killer App: Race to Build the World’s First Quantum Computer》的前言部分，希望更多的人有機(jī)會去閱讀這本書，了解他的想法和人生經(jīng)歷。文字和方程是永恒的，僅以此翻譯向道靈致敬。
建道靈（Jonothan P. Dowling），圖片來自lsu.edu
撰文 | 建道靈（Jonathan P. Dowling）
翻譯 | 齊皓宇
責(zé)編 | 葉水送
自1994年以來，我一直密切參與著美國量子信息科學(xué)發(fā)展。我?guī)椭M織了第一個以量子信息為主題的美國國防部討論會（于1995年在Tucson舉辦）。從那之后，一直到1998年，我一直是國防部科研項目的評審人。之后的四年中，我繼續(xù)以NASA噴氣實(shí)驗室科學(xué)家的身份參與這項工作。從2004年至今，我一邊在路易斯州立大學(xué)任教（Geaux Tigers! [1])，一邊參與政府部門的量子科技相關(guān)的評審工作。這本書以一個量子物理學(xué)家和國防部顧問的視角，基于我的回憶和詳細(xì)的筆記，記錄了我參與的近幾十年美國量子計算領(lǐng)域發(fā)展的歷史。
本書標(biāo)題中的“殺手锏”指的是Shor的量子素數(shù)分解算法。它的威力足以使整個互聯(lián)網(wǎng)的加密通信暴露無遺（你的信用卡號將不再安全）。然而只有建造量子計算機(jī)才可以運(yùn)行這個算法。我把它稱之為“薛定諤的殺手锏”，卻不是Shor的殺手锏，是因為這個算法是建立在薛定諤提出的量子糾纏概念之上的。并且這個說法也會讓人想起大名鼎鼎的薛定諤半死不活的貓。
不管是千億美元的國際金融交易還是政府部門的機(jī)密通信，這些活動都會因為這個量子破譯算法而變得脆弱不堪。因此，搶先建造出第一臺量子計算機(jī)就尤為重要，因為這場競賽的勝者將手握開啟整個互聯(lián)網(wǎng)大門的鑰匙。由于我個人經(jīng)歷的原因，本書重點(diǎn)講述美國政府，特別是美國國防部和其他對量子計算的破譯能力十分關(guān)心的情報機(jī)構(gòu)在這場競賽中扮演的角色。
為了避免讓我惹上不必要的麻煩（也為了不讓我的朋友和同事感到絕望），但凡在本書中涉及到真實(shí)人物的時候（特別是那些在情報機(jī)關(guān)工作的人），我都只保留這些人的“名”（如果必要還會加上姓氏的首字母加以區(qū)分）。我對所有可能與事實(shí)不符的地方負(fù)全部責(zé)任。我是愛爾蘭人，根據(jù)愛爾蘭的傳統(tǒng)，故事的真實(shí)性遠(yuǎn)沒有其娛樂性和其寓意來的重要。（是的，我確實(shí)親吻過布拉尼城堡的巧言石! [2]）
在本書中我還會討論量子加密技術(shù)，由于這種技術(shù)就連量子計算機(jī)也無法破譯，它是補(bǔ)救量子破譯所能造成的的潛在威脅的唯一方法。雖然密碼破譯是我主要討論的內(nèi)容，我也會在本書中涉及那些盡管重要但可能相對有些”無聊“的量子應(yīng)用，包括量子系統(tǒng)的模擬，時鐘的同步，量子搜索引擎，還有量子感應(yīng)和映像裝置。（我還會告訴你們那些讓我和很多其他人出丑的趣事。）
這本書是為了那些對量子物理和量子計算深感興趣，但卻沒有任何高等數(shù)學(xué)或物理背景的人所準(zhǔn)備的。因此我盡可能的用簡單的類比去解釋諸如量子糾纏、薛定諤的貓、貝爾不等式和量子計算復(fù)雜度這些比較艱深的概念。這樣的話讀者就不需要任何或只需要很少物理和數(shù)學(xué)方面的知識就可以理解這些概念。但是因為物理概念都是通過數(shù)學(xué)嚴(yán)格定義的，我知道我的這些類比不可能做到絕對準(zhǔn)確。（我敢肯定因此我會遭到不少我的同僚們的抱怨，我在這里先給他們賠不是了）。
但是我向你們擔(dān)保，我的這些類比在原理上是正確的，也正是這些背后的原理才是那些不在意技術(shù)細(xì)節(jié)的讀者所真正感興趣的。（對于量子物理學(xué)家們，我的這本書只要能博君一笑即可）。我也知道，我不可能讓這兩類觀眾都完全滿意。最大化每個個體的滿意度只會削弱他們彼此之間的交流，讓所有個體都保持最低程度的不滿意才是解決人類交流這個方程的最優(yōu)解。這也是我寫本書的目的。
我不會在本書中試圖給出這個科學(xué)領(lǐng)域的完整綜述，所以具體的信息和必要的技術(shù)性的解釋都被放到書后作為注釋。為了那些想進(jìn)一步了解某些概念的讀者，我會盡可能引用一些別人所作的，較為全面的參考文獻(xiàn)。我向那些因被我提及而感到尷尬或者由于沒被我提及而不滿的同事們表達(dá)我的歉意。此處修改一下比爾博巴金斯在他111歲生日宴會上的發(fā)言再合適不過了："我對你們的提及太少了，你們值得我更多的引用” [3]。對那些因為自己的軼事沒被我提及而感到不開心的人（我倒覺得更應(yīng)該是松了一口氣吧），希望你們可以從格勞喬·馬克思的不朽名句中得到慰藉：“我不想加入任何一個竟能讓我這種人加入的俱樂部”。
為了能給讀者提供一些即時的智力上的滿足，我盡可能多的在書后注釋種附上相關(guān)的網(wǎng)頁鏈接，這樣點(diǎn)一下鼠標(biāo)就可以看到更多的補(bǔ)充材料。當(dāng)涉及到一些有用的圖書內(nèi)容的時候，如果它們可以直接在網(wǎng)上瀏覽，我都附上谷歌圖書的鏈接。那些網(wǎng)上不能免費(fèi)瀏覽的書目我會附上WorldCat的鏈接，里面有可以借閱該書的圖書館的信息。有時我也會引用維基百科，但是我會盡可能的只引用那些內(nèi)容質(zhì)量較高，不被頻繁修改，中立并且合理的詞條。
我由衷的感謝我的姐姐Elle Dowling，感謝她的超強(qiáng)的幽默感和她對本書提出的諸多寶貴意見。引用她在讀到第一章中間的時候?qū)ξ艺f的一句話來結(jié)束這篇前言：“你應(yīng)該再了解這個道理不過了：為了把故事寫得好笑，你總得擔(dān)些風(fēng)險”。
制版編輯|王樂佳
