本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
已故物理學家埃爾溫·薛定諤可能會感到欣慰，因為血肉之軀的貓太大，無法按照量子物理定律行事。然而，他的知識繼承人不再擁有這種奢侈。
大與小之間的界限不像薛定諤時代那樣清晰。這在很大程度上歸功於物理學家戴維·維恩蘭等人的工作。維恩蘭因其捕獲單個原子的工作而獲得2012年諾貝爾獎。今天，在德國林道第63屆年度諾貝爾獎獲得者會議的開幕式上，他對早期職業化學家聽眾談到了科學家在實驗室中可以達到的巨大精度的意義。當可以操縱單個原子時，薛定諤貓的困境就從思想實驗轉變為實際的問題解決領域。
在維恩蘭位於國家標準與技術研究院的實驗室中，他和他的同事們取一個單一的離子化原子，比如鈹，並將其放入磁阱中。在那裡，它的行為有點像在碗裡滾動的彈珠。它在碗的左側，它在右側，它同時在兩個地方。這個特殊的碗寬80奈米，而彈珠是一個“波包”，只有7奈米。“你可能會爭辯說，它不是真正的薛定諤貓，因為它太小了，”維恩蘭說。但是你在哪裡劃定界限呢？“我們為此苦苦掙扎，因為目前還沒有辦法找到經典-量子邊界。”
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維恩蘭為這個邊界苦苦掙扎，首先是因為他可以，而這就是物理學家所做的事情。但也有實際原因，例如建造量子計算機的前景。量子計算機可能具有驚人的處理能力，如果有人能夠解決困難的話。維恩蘭正在嘗試，並且取得了一些進展。（我說的是維恩蘭，但他今天代表了美國國家標準與技術研究院實驗室的100多名科學家發言，並且似乎因為沒有時間列出他們每個人而感到不安。）
量子計算機的想法是利用疊加的特性來構建一臺比經典計算機複雜和強大的計算機[請參閱我們的影片解釋量子計算機如何工作]。（經典計算機是實際產品中使用的那種計算機，甚至是蘋果的計算機。）在經典計算機中，一個位元組——由八位組成，每位有兩種可能的狀態，一或零——可以描述256個不同的數字。一個由8個量子位（量子位元，類似於經典計算機的1和0）組成的位元組可以描述的數字遠遠超過這個數字——具體取決於每個量子位可以假定的狀態數量。正如維恩蘭所描述的那樣，經典計算機可以用大約300位儲存一個句子。為了匹配量子計算機可以用相同位數的資訊儲存的資訊，經典計算機將需要宇宙中的所有物質，甚至更多。“這聽起來不錯，”他說。
問題（眾多問題之一）是，一旦你讀取一個量子位，它就會“坍縮”——它會假定一個單一的、確定的狀態，而不是所有可能的狀態同時存在。（就像當你檢視薛定諤的貓時，你會發現它是死的或活的，但不是既死又活。）如果一臺超級強大的量子計算機在被問到最近的星巴克在哪裡時，幾乎無法說出一句話，那它有什麼用呢？
維恩蘭的團隊正在嘗試弄清楚如何在不導致整個量子計算機失去其巨大計算能力的情況下讀取幾個量子位。這個想法是構建一個量子位陣列並選擇性地讀取它們，一次讀取幾個，而無需一次讀取全部。這需要很高的精度。維恩蘭描述了一個由8個鈹原子組成的實驗性量子位陣列，這些原子磁懸浮或捕獲在矽基板上方。為了讀取一個，他照射一束精細的雷射，雷射會“讀取”離子。
然而，一個量子位並不能構成一臺計算機。所需要的是邏輯閘——一種獲取一個或幾個輸入並根據一些預定義的邏輯獲得輸出的方法。例如，一個雙輸入或門如果其兩個輸入之一也是1，則會產生1，但如果兩個輸入都為零，則會產生0。非門將接受單個輸入併產生相反的結果：1產生0，0產生1。計算機是由一層又一層的此類邏輯閘組成的。
使維恩蘭的陣列成為某種計算機的原因是，彼此靠近的兩個量子位以某種方式相互影響，從而像邏輯閘一樣工作。在他的8個量子位陣列中，他已經能夠使一次兩個量子位的行為非常接近經典計算機中邏輯閘的行為。他說，他的邏輯閘是“有點作弊”，因為它們的行為並不完全一致，但它可以作為概念驗證。他說，這只是他的實驗室“玩弄量子位邏輯閘的想法”的一種方式。
鑑於今年的林道會議致力於化學，您可能會想為什麼物理學家維恩蘭被邀請展示他的工作。他認為他的線性量子位陣列非常小，它是一種“偽分子”。
“這是我最接近化學的一次。”