大自然规律不允许！顶尖科学家指出量子计算可能永远无法成功

2025年末，一条YouTube视频在学术圈激起了巨大波澜。德国理论物理学家Sabine Hossenfelder发布的《为什么量子计算机可能永远无法成功》获得了超过19万次观看和1400多条评论，这个数字对于基础物理科普来说已属罕见。

视频发布的时间点意味深长，正当主流舆论继续炒作量子计算的光明前景之际，一位拥有170万YouTube订阅者、曾在Nature和《新科学家》发表多篇文章的资深科学传播者，却对这项承载了人类技术梦想的领域投出了怀疑的目光。这不是耸人听闻的标题党，而是源于对物理学基础的严肃思考。

未经验证的边界：量子力学在大尺度上的失效之谜

任何有实际意义的大规模量子计算机都需要建立和控制一个超大规模、深度纠缠的量子系统。然而，这正好处于量子力学尚未被验证过的边界区间。

我们已知的事实是：当物体变得更大时，量子效应会消失。但关键问题是，我们至今不明白这究竟为什么会发生。量子计算所依赖的物理基础并非建立在已被充分验证的量子力学适用范围之内，而是基于将理论向大规模、多体、高度纠缠状态进行外推的前提。这就像在没有充分检验地基的情况下，就开始动工建造高楼大厦。

支持这一观点的不是边缘人物。数学家兼计算机科学家Gil Kalai长期论证，量子计算机必然存在不可避免的噪声，这将彻底阻止它们获得相对于传统计算机的真正优势。物理学教授Robert Alicki也持类似立场，他指出如果现实地建模噪声，量子计算机中的纠错将变成不可能。

数学家Leonid Levin则提出了更加激进的主张：来自中微子或引力波的微弱噪声是不可避免的，要在足够高的精度下维持量子相干性本质上就是不可能的。这不仅是工程问题，而是源于宇宙本身的物理约束。这三位都具有该领域的学术背景，绝非随意发表意见。

算力承诺的虚幻：从形式到现实的鸿沟

即便我们暂时搁置上述物理基础的疑问，量子计算本身仍未必能实现人们期待的通用算力跃迁。

量子计算被寄予"指数级加速"的期待，核心逻辑是：自然界允许将量子叠加与干涉作为一种可扩展、可累积、可反复调用的计算资源。但是这一前提本身正受到越来越多的质疑。

Stephen Wolfram认为，世界在根本层面上是离散的，包括量子物理在内，因此"量子计算机最终不会占据优势"。Gerard 't Hooft提出的细胞自动机理论同样是离散的、逐步演化的，他明确指出"将一个拥有数百万位数字的整数分解为其素因子是不可能的"。

Tim Palmer通过计算得出，我们无法超过大约500到1000个逻辑量子比特。而大多数估计认为具有商业意义的应用需要约100到150个量子比特。如果Palmer的估算接近真实，那么量子计算能够应用的窗口将极其狭窄，甚至无法支撑人们投入的巨额资金。

这意味着，量子计算可能永远无法完成从"能否运行"向"是否具有可扩展的实际优势"的跃迁。

理论修正的隐忧：波函数坍缩的真实性

在更深层次上，量子力学本身可能需要根本性的修正。自发局域化模型假设波函数坍缩并非抽象的观测现象，而是真实的物理过程，它会随着系统规模和复杂度的增长而自发发生。

根据这类模型的估算，一个拥有约一百万个超导量子比特的量子计算机，其量子态的退相干时间仅为毫秒量级。这样的时间尺度足以破坏在大型设备上运行具有实际意义的量子算法。这种限制并非源于工程噪声或控制误差，而是来自理论层面对量子力学的根本性修正。

如果此类修正模型在某种形式上接近真实，那么量子计算的可行性将不再由技术进步决定，而将直接受限于自然规律本身。

理性审慎的必要性

历史上，板块构造学说和细菌学说曾被视为离经叛道的疯狂观点，后来却被证明完全正确。这提醒我们，对科学的怀疑态度应该被认真对待，尤其当这种怀疑来自具有严格学术训练的专家时。

当然，大多数物理学家目前仍不认为这些质疑是合理的。但Hossenfelder等人倡导的，不是否定量子计算本身，而是主张在理论的根本不确定性澄清之前，对宏大技术承诺必须保持理性的審慎。这种立场对于科学决策同样至关重要。

量子计算仍然值得研究，但我们需要在充分验证的基础上进行，而不是在未经检验的物理边界上进行投资和承諾。这既是科学的态度，也是对公共资源负责的表现。

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