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在《世界科學》雜志2025年第5期中，有兩篇專稿介紹了量子領域的兩個重要研究方向，一篇叫《量子世界究竟在哪里結束，具體的現(xiàn)實從哪里開始？》，一篇叫《全尺寸量子計算機究竟有什么用？》。一眼就可以看出，前者主要談的是理論，后者主要談的是應用。然而更仔細地觀察，可以發(fā)現(xiàn)兩者談的都是薛定諤的貓：前者談的是薛定諤貓的生死，后者談的是薛定諤貓的用處。

薛定諤的貓，可能是最為公眾熟知的量子力學概念之一，甚至還可以把“之一”去掉。薛定諤（Erwin Schr?dinger，1887—1961）是量子力學的創(chuàng)始人之一（這個“之一”肯定不能去掉），他在1935年提出了這個思想實驗。

把一只貓、一個放射性原子和一瓶毒藥一起放在一個房間里，在一定的時間內(nèi)，這個放射性原子有一半的概率衰變，一半的概率不衰變。如果放射性原子衰變了，毒藥就釋放出來，將貓毒死（動物保護協(xié)會發(fā)來抗議�。Ｈ绻凰プ�，貓就活著。

那么在你沒有打開房間觀察的時候，你該怎么描述貓的狀態(tài)？你只能說，貓?zhí)幵谝话胨酪话牖畹寞B加態(tài)。但這樣的狀態(tài)我們從未觀察到，甚至都難以想象這樣的狀態(tài)。因此，薛定諤的貓對量子力學是個巨大的挑戰(zhàn)，至少對它的實在性或完備性而言，是如此。

然而仔細想想，薛定諤的貓之所以難以想象，究竟是因為什么？難道不是因為貓?zhí)罅藛幔?/p>

如果把貓換成原子或者分子或者光子或者其他的微觀體系，我們就不會覺得有任何奇怪的了，因為這樣的狀態(tài)我們經(jīng)常見到，也經(jīng)常用到——至少對于學過量子力學的人是如此。事實上，微觀體系的薛定諤貓態(tài)早已大量地制備出來，并一再被證實它們確實具有量子體系的那些奇妙性質。

因此，就出現(xiàn)了一個邏輯問題：這一切究竟有沒有個極限？是否存在一條邊界，比這個小的是量子世界，比這個大的是經(jīng)典世界？量子世界就是允許薛定諤貓態(tài)出現(xiàn)的世界，經(jīng)典世界就是不允許薛定諤貓態(tài)出現(xiàn)的世界�；蛘唛_玩笑地說，量子計算就是允許薛定諤貓（態(tài)）活著的世界，經(jīng)典世界就是薛定諤貓（態(tài)）必然死亡的世界。

其實在很多人看來，并不存在這樣的邊界，因為量子力學的理論形式是完全普適的，原則上它適用于所有的體系，無論大小。但也一直有人在探討，如果存在這樣的邊界會怎么樣，如何找到這樣的邊界。

在這當中特別有趣的一類，叫做自發(fā)坍縮理論。量子力學的標準理論認為，一個量子體系的狀態(tài)是用波函數(shù)來表示的，而每當對某個物理量觀測時，會強迫這個波函數(shù)坍縮成某個隨機的可能結果之一，同時獲得這個物理量的一個隨機的觀測值。波函數(shù)坍縮是量子力學中最神秘的方面之一，由此還帶來一些神秘問題，如究竟什么叫做觀測。

而自發(fā)坍縮理論認為，沒有觀測的時候，波函數(shù)也會自發(fā)地以一定概率坍縮。假如這個理論是正確的，就可以自動解決量子力學中的很多困難�！妒澜缈茖W》雜志的這期專稿《量子世界究竟在哪里結束，具體的現(xiàn)實從哪里開始？》一文中提到的吉拉爾迪- 里米尼- 韋伯模型（GRW模型），就是一種代表性的自發(fā)坍縮理論。整體上，這篇文章講的就是在尋找經(jīng)典與量子分界線方面最新的一些實驗工作，或者更準確地說，為實驗做的一些準備。目前這類實驗還從來沒有得到特別的結果，但假如有朝一日得到了，那將無疑開啟一場新的科學革命。

關于薛定諤貓，還有一大問題，就是它有什么用。

量子計算是目前所有科學領域中最熱門的方向之一，因為幾乎所有人都聽說了，量子計算的應用前景巨大。而對量子計算有了解的人會知道，量子計算機能超越經(jīng)典計算機的關鍵，就是要用到量子糾纏，也就是薛定諤貓態(tài)。假如一臺量子計算機沒有用到量子糾纏，那它其實是毫無意義的。

但在量子計算吸引了巨大的關注和資金的背景下，一個有點令人尷尬的問題被提了出來：它究竟能用來干什么？其實每次記者采訪我這個問題，我都會說出很多，如密碼破解、數(shù)據(jù)庫搜索、天氣預報、交通規(guī)劃……但需要注意的是，所有這些都是遠景，而不是近景，更不是已經(jīng)實現(xiàn)的。

為什么會這樣？一方面，當然是因為量子計算機的硬件還太弱了：量子比特的數(shù)量還不夠，量子操作的保真度還不夠高，或者說太容易出錯。這是非常容易理解的。但另一方面，只有內(nèi)行才知道的是，量子計算機的軟件也還遠遠不夠。

公眾往往以為，量子計算機無論干什么事情都比經(jīng)典計算機快。但這其實是個巨大的誤解，量子計算機要發(fā)揮優(yōu)勢，必須要針對特定問題設計特定算法。對于有這樣算法的問題，量子計算機才能超越經(jīng)典計算機。也就是說，量子計算機只是在一些問題上比經(jīng)典計算機快，這些問題是需要尋找的。

而目前，我們找到的、有嚴格數(shù)學證明的量子計算機有優(yōu)勢的問題，其實是屈指可數(shù)的。如何尋找更多的能發(fā)揮量子計算優(yōu)勢的問題，就是《全尺寸量子計算機究竟有什么用？》專稿文章的內(nèi)容。所以當我們從哲學層面思考薛定諤貓的生死之后，我們還需要面對現(xiàn)實問題：薛定諤貓有什么用？

-本文作者袁嵐峰是中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員、科技傳播系副主任、科學傳播研究與發(fā)展中心副主任，中國科協(xié)科普專業(yè)研究員，安徽省科協(xié)常務委員，科技與戰(zhàn)略風云學會會長，中國青少年新媒體協(xié)會常務理事，中國科普作家協(xié)會理事，中國物理學會科普工作委員會委員，中國化學會科普工作委員會委員，入選“典贊·2018科普中國”十大科學傳播人物；2025年《世界科學》第6期“卷首語”改編自本文-

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