干涉：核心招数
“量子”课程第 9 课，共 23 课。免费，有动画和小测验。
你早就在用干涉了
降噪耳机会听外面的噪声，然后放出同一段波，只是上下颠倒。噪声的波峰对上反噪声的波谷，合起来就安静了。这就是干涉。量子比特的振幅也一样：它们有正负号，一正一负就能互相抵消。量子计算的全部意义，就是让错误答案也“安静”下来。
为什么普通概率做不到
普通概率永远是正的。两条路各给四分之一的机会，加起来就是一半，第二条路没法“扣掉”机会。振幅不一样：一个可以是正二分之一，另一个负二分之一，加起来是零。概率等于振幅的平方，所以振幅为零，概率也为零。在门那一课里，连用两个 H 就是这样把 1 抹掉的。
四步配方
几乎所有量子算法都是一个套路。第一步：用 H 门造出所有选项的叠加。第二步：一个叫“预言机”的特殊模块，给想要的选项加上负号。第三步：再加一些门制造干涉，正负相消，把其余的抹掉。第四步：测量，正确答案以很高的概率冒出来。难点在于针对具体问题设计第二步和第三步。
第一次量子胜利
1985 年，物理学家戴维·多伊奇想出一个玩具问题。有一枚两面的硬币，要判断两面是一样的（假币），还是不一样的（真币）。经典做法得把两面都看一遍。量子算法只“看”一次：它在叠加态里同时看两面，干涉马上给出“一样”还是“不一样”。实用价值不大，但它第一次证明了量子方法可以更快。
量子比特没法复制
文件想复制多少次都行。未知的量子态却不行：1982 年，伍特斯和祖雷克证明了这一点，迪克斯也独立证明了。这叫不可克隆定理。坏处：量子比特没有“备份”，也不能偷看中间结果，否则会毁掉计算。好处：间谍也没法偷偷复制量子信号，量子密码学就建立在这上面。
与时间赛跑
干涉只在振幅还没被噪声“抹花”之前才管用。一个量子态能撑住的时间叫相干时间。超导量子比特大约是零点一毫秒，离子则是几秒甚至更久。看起来离子完胜，但超导的门操作快上千倍，所以在各自的寿命里能做的操作数差不多。所以大家比的不是时间，而是不出错能走多少步。
自测一下
- 为什么量子计算机能“抹掉”错误答案，普通随机性却不能？
正确答案: 振幅有正负号，正负能抵消. 概率只能相加，振幅却可以是负的。正负相加得零，错误答案的概率就没了。 - 计算进行到一半，能给量子比特做个备份吗？
正确答案: 不能，未知的量子态无法复制. 不可克隆定理（1982）禁止复制未知量子态。 - 哪种量子比特的比较更公平？
正确答案: 不出错能完成多少次操作. 关键是量子态寿命内能塞进多少有用的步骤。慢而长寿的和快而短命的，可能打成平手。