本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
已故物理学家埃尔温·薛定谔可能会感到欣慰，因为血肉之躯的猫太大，无法按照量子物理定律行事。然而，他的知识继承人不再拥有这种奢侈。
大与小之间的界限不像薛定谔时代那样清晰。这在很大程度上归功于物理学家戴维·维恩兰等人的工作。维恩兰因其捕获单个原子的工作而获得2012年诺贝尔奖。今天，在德国林道第63届年度诺贝尔奖获得者会议的开幕式上，他对早期职业化学家听众谈到了科学家在实验室中可以达到的巨大精度的意义。当可以操纵单个原子时，薛定谔猫的困境就从思想实验转变为实际的问题解决领域。
在维恩兰位于国家标准与技术研究院的实验室中，他和他的同事们取一个单一的离子化原子，比如铍，并将其放入磁阱中。在那里，它的行为有点像在碗里滚动的弹珠。它在碗的左侧，它在右侧，它同时在两个地方。这个特殊的碗宽80纳米，而弹珠是一个“波包”，只有7纳米。“你可能会争辩说，它不是真正的薛定谔猫，因为它太小了，”维恩兰说。但是你在哪里划定界限呢？“我们为此苦苦挣扎，因为目前还没有办法找到经典-量子边界。”
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维恩兰为这个边界苦苦挣扎，首先是因为他可以，而这就是物理学家所做的事情。但也有实际原因，例如建造量子计算机的前景。量子计算机可能具有惊人的处理能力，如果有人能够解决困难的话。维恩兰正在尝试，并且取得了一些进展。（我说的是维恩兰，但他今天代表了美国国家标准与技术研究院实验室的100多名科学家发言，并且似乎因为没有时间列出他们每个人而感到不安。）
量子计算机的想法是利用叠加的特性来构建一台比经典计算机复杂和强大的计算机[请参阅我们的视频解释量子计算机如何工作]。（经典计算机是实际产品中使用的那种计算机，甚至是苹果的计算机。）在经典计算机中，一个字节——由八位组成，每位有两种可能的状态，一或零——可以描述256个不同的数字。一个由8个量子位（量子比特，类似于经典计算机的1和0）组成的字节可以描述的数字远远超过这个数字——具体取决于每个量子位可以假定的状态数量。正如维恩兰所描述的那样，经典计算机可以用大约300位存储一个句子。为了匹配量子计算机可以用相同位数的信息存储的信息，经典计算机将需要宇宙中的所有物质，甚至更多。“这听起来不错，”他说。
问题（众多问题之一）是，一旦你读取一个量子位，它就会“坍缩”——它会假定一个单一的、确定的状态，而不是所有可能的状态同时存在。（就像当你查看薛定谔的猫时，你会发现它是死的或活的，但不是既死又活。）如果一台超级强大的量子计算机在被问到最近的星巴克在哪里时，几乎无法说出一句话，那它有什么用呢？
维恩兰的团队正在尝试弄清楚如何在不导致整个量子计算机失去其巨大计算能力的情况下读取几个量子位。这个想法是构建一个量子位阵列并选择性地读取它们，一次读取几个，而无需一次读取全部。这需要很高的精度。维恩兰描述了一个由8个铍原子组成的实验性量子位阵列，这些原子磁悬浮或捕获在硅基板上方。为了读取一个，他照射一束精细的激光，激光会“读取”离子。
然而，一个量子位并不能构成一台计算机。所需要的是逻辑门——一种获取一个或几个输入并根据一些预定义的逻辑获得输出的方法。例如，一个双输入或门如果其两个输入之一也是1，则会产生1，但如果两个输入都为零，则会产生0。非门将接受单个输入并产生相反的结果：1产生0，0产生1。计算机是由一层又一层的此类逻辑门组成的。
使维恩兰的阵列成为某种计算机的原因是，彼此靠近的两个量子位以某种方式相互影响，从而像逻辑门一样工作。在他的8个量子位阵列中，他已经能够使一次两个量子位的行为非常接近经典计算机中逻辑门的行为。他说，他的逻辑门是“有点作弊”，因为它们的行为并不完全一致，但它可以作为概念验证。他说，这只是他的实验室“玩弄量子位逻辑门的想法”的一种方式。
鉴于今年的林道会议致力于化学，您可能会想为什么物理学家维恩兰被邀请展示他的工作。他认为他的线性量子位阵列非常小，它是一种“伪分子”。
“这是我最接近化学的一次。”