1981年，费曼在MIT的会议上提出一个独特的设想：能不能发明出一个更新式的计算机，一个按照量子力学规律运行的计算机，以此直接模拟和计算量子世界？
1927年索尔维会议的照片中有17位诺奖得主，包括爱因斯坦、玻尔、居里夫人等，被称为是科学史上最牛的合照。照片中的大多数人物对量子力学做出了重要贡献。
那是在1981年，历经了80年风雨的量子理论已经是一门成熟又成功的物理理论。1964年贝尔不等式的提出，以及之后多次实验验证贝尔不等式不成立的事实，已经足以证实量子论的正确，叠加态的存在，量子纠缠的存在。量子物理的实际应用更是无处不在，它曾经直接奠定了原子弹、核技术、光学、半导体等的理论基础，让人类赢得了战争，给社会带来了伟大的技术革命。
那年的五月，美国波士顿MIT的校园里，鲜花盛开，绿草如茵。历史悠久的恩迪科特大厦，正在进行为期三天的热烈讨论。大约50位科学家聚集在一起，召开了物理学中的“量子”，和计算机技术的第一次“联姻”会议，从此揭开了研究发展量子计算机的新篇章。
这次会议并不是由费曼召集或主持的，但费曼无疑地成为了那几天讨论的主角，会议的灵魂人物。费曼1918年生于纽约一个犹太人家庭。他从小就是个科学顽童，后来不仅是著名的物理学家，也是一位开保险箱专家和经常演出的邦戈鼓手。他在MIT读完大学本科后，到普林斯顿大学读Ph.D.，师从约翰·惠勒。他参加了著名的曼哈顿计划，开创量子物理中路径积分的想法，建立了量子电动力学，被授予1965年的诺贝尔物理学奖。
现代电子计算机的计算能力，引起了费曼的注意。他与同行们一起钻研用计算机模拟物理世界的方法，发现这个计算方法只适用于模拟经典的物理世界，对量子世界并不完全适用。因此，费曼在会议上提出一个新颖的设问：经典计算机可以被用来模拟量子世界吗？答案是否定的。因为他在模拟量子现象时，经典计算机的计算量，将随着系统（粒子数N）的增大而指数增加。
费曼认为微观世界的本质是量子的，N非常大，是传统计算机在有效时间内解决不了的问题。他紧接着就提出一个独特的设想：能不能发明出一个更新式的计算机，一个按照量子力学规律运行的计算机，以此直接模拟和计算量子世界？“量子计算机”的概念，从此出现在人们的视野。
这时候，距离第一张照片的1927年，已经过去了整整54年。不用仔细对照名字就能知道，两张照片中不太可能有重叠的人物。
大半个世纪过去了，照片1中的量子力学第一代创始人，大都已经驾鹤西去，少数仅存者也到了耄耋之年：德布罗意将近90岁，狄拉克也在准备过80大寿。他们都不在MIT的照片里！我能找到的，对量子理论发展作出过重要贡献的知名人物，是弗里曼·戴森和约翰·惠勒，分别在照片中标号为1和12。这两位都可以算作是诺贝尔物理奖的“漏网之鱼”！
照片中居然有一位大名鼎鼎的早期德国机械计算机发明家：康拉德·楚泽（#15）。
但他生不逢时，在创造力最旺盛的年纪，碰到了第二次世界大战。他制造出了Z-1、Z-2、Z-3、Z-4等一系列计算机，他1941年研制的Z-3，使用二进制和继电器，是世界上第一个有图灵完全功能的，可编程的通用图灵机。战争时代的科学家难免悲剧命运，在一次空袭中，楚泽的住宅和包括Z-3在内的计算机统统被炸毁。楚泽辛苦的研究和设计工作，被埋没于战火硝烟中。
楚泽生于1910年，时年71岁，估计是照片中最年长者。
量子计算的方法与经典计算是完全不同的，两类计算机速度差异的原因是来自于量子现象和经典现象物理规律的不同。量子规律的精髓是什么？其实可以用一句话来概括：种种奇怪的量子现象都是来自于量子“叠加态”。你也许听过最奇怪的量子现象是“纠缠态”和双缝实验，不过实际上，纠缠态也是一种叠加态，是多粒子体系状态叠加产生的效应，而各类“诡异”的双缝实验均可用叠加态解释。
什么是叠加态呢？
根据我们的日常经验，一个物体在某一时刻总会处于某个固定的状态。状态可以用位置、速度、相位、能量等物理参数表示。比如我说，我现在在客厅里，或者说，我现在在房间里。要么在客厅要么在房间，这两种位置状态必居其一。然而，在微观的量子世界中，情况却有所不同！微观粒子可以处于一种不确定的状态中。例如电子可以同时位于两个（甚至多个）不同的地点。
也就是说，电子既在A又在B，电子的状态是“A”和“B”两种状态按一定概率的叠加，物理学家们把电子的这种混合状态叫做叠加态。
经典世界中的“波”可以是叠加态，但经典“粒子”（宏观物体）不存在叠加态。比如说，我此时此刻不可能既在客厅又在房间；一只猫要么是死猫要么是活猫，不存在“既死又活”的猫！微观量子世界的粒子一般都处于“叠加态”，但是我们却观测不到叠加态！
原因是因为“观察测量”的宏观行为将引起所谓“波函数塌缩”或者被诠释为“退相干效应”，即观测之前是叠加态，观测之后叠加态不复存在，“坍缩”成了一个确定的状态！因此，我们只能“以某种概率”观测到叠加的多个本征态之一。例如，如果盒子中的“薛定谔猫”化身微观粒子，它的状态可以被表示成“死猫”与“活猫”的叠加态。然而，只要你打开盒子观测，叠加态就塌缩了！
你有50%的可能性看到“活猫”，50%的可能性看到“死猫”，但你看不到“既死又活”的猫，换言之，你观测不到它们的叠加态！
费曼正是因为对量子理论，对叠加态的深入理解，才能提出量子计算技术的设想。费曼又是一个善于学习的人，他向各种不同的人物学习。例如，他对计算技术的深入了解，就是从爱德华·弗雷德金那儿得到的，弗雷德金在图2照片中的标号是9，下一次我们介绍这位离经叛道科学家的传奇人生。
注：本文于2024年2月20日首发于微信公众号“墨子沙龙”，《赛先生》获授权转载。