量子世界的神秘之處在于，它所勾畫的實事是在人類宏觀感知下難以辨識的。為了解釋這種反常識的東西，化學學家提出了許多理論、各種演繹。現在這種專業術語隨著量子科技的發展早已漸漸滲透到了大眾視野，“糾纏”、“測量”、“退相干”，等等，神秘且冗長。但本文嘗試不用數學公式來解釋，而是變身一名觀察者步入二維世界，瞧瞧量子世界里“拋硬幣”是哪些樣，以幫助我們理解量子熱學。
Goddoesnotplaydicewiththe.
——愛因斯坦
“遇事不決，量子熱學”，這話說得好像量子熱學是門拋硬幣的學問似的。而實際情況呢？呃……其實差不多還真是這樣。許多量子熱學的神秘表現，都可以通過一個拋硬幣的場景來輔助理解認識。
量子世界與精典世界最明顯的差異，就是這些在精典世界中非此即彼的不同狀態，在量子世界中卻弄成了同一狀態的不同側面。如同在空中旋轉的硬幣，正面向上和背面向上的兩種狀態同時存在其中。或則更確切地說，空中的硬幣雖然處在“轉動態”，它由“正面態”和“背面態”疊加而成。
其實，這個比喻也有不恰當的地方，那就是“轉動態”的可見性。普通的硬幣雖然仍未落地，我們依然才能看到它在空中旋轉的樣子。而量子系統的疊加態，則是一種不可見的對象。我們只能通過檢測，促使量子硬幣停止轉動，就能得到一個可見的結果。
為了讓這個比喻更恰當，我們姑且把自己想像成只懂得前后左右，而不懂得上下的二維生物，這時我們就很難直觀地理解硬幣在三維空間中的翻滾運動。不過，假如少掉的維度沒有影響我們的話，我們依然可以通過實驗觀察和邏輯推理構建起硬幣翻滾的理論模型。為了在物理上描述它，我們就須要使用一些額外的自由度，這就是量子熱學中為何總是出現虛數i的誘因。這些i所代表的，正是我們的感知未能觸碰，只能邏輯推演的額外自由度。這種額外自由度假如還具備一些對稱性的話，在數學上就被稱為“規范自由度”。
有個很重要的規范自由度，就是量子態的“相位”，它描畫著整個量子態隨時間的演進。這也十分像空中旋轉的硬幣，其空中姿態的不斷變化，剛好也是由轉動的相位來描述。
通過拋硬幣的比喻，我們除了可以想像單個量子的演進，還可以進一步理解量子之間的互相作用。具體而言，就是量子之間的糾纏關系。最極端的一種糾纏關系，就相當于把兩個硬幣粘在一起。這樣它們似乎仍在不停轉動，但彼此之間的相對狀態卻弄成了完全確定的樣子。其中一個正面向上的時侯，另一個也總是正面或背面向上。不過糾纏關系有許多種，其中大部份并沒有那么絕對，而是稍有松動的攣縮。其中一個硬幣正面向上時，另一個仍可以在一定范圍內晃動。
這種或松散或牢靠的糾纏關系，是因何構建上去的呢？緣由就在于它們彼此之間的能量交換。化學上所說的互相作用，其實質就是指能量交換的意思。而每一份從A傳遞到B的能量，本身也可以被看做是一個量子。所以在專業術語中，我們會聽到“通過交換玻骰子傳遞互相作用”這樣的說法。那些離開A抵達B的能量包，除了攜帶了A的能量，也同時攜帶著A的轉動狀態。于是，當能量包被B獲取以后，也就或多或少的影響了B的轉動狀態。糾纏關系便這樣構建了上去。
利用前面那些圖象的輔助，我們如今就可以嘗試理解一下，量子熱學中被誤會最多的“量子檢測”問題。在量子熱學誕生之初，人們只曉得量子態在被檢測時會塌縮成精典態，并且塌縮過程是頓時完成的某種機率性選擇。雖然這個過程十分不講道理，甚至冥冥中透著股“精神決定物質”的氣味。
雖然量子熱學早已出現了一百多年，但至今依然有人以為，薛定諤的貓是在被觀察的頓時突然塌縮成死或則活的狀態量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理，只要不被觀察貓就處在既死又活的疊加態。于是一堆奇怪的問題就被隨后提了下來：
“如果是盲人在做實驗，會影響貓的死活嗎？”
“如果貓自己觀察了自己，也算是化學檢測嗎？”
“太空深處一塊未曾被觀察過的石頭真實存在嗎？”
“宇宙是因為人類的觀察才成為現下的樣子的嗎？”
……
類似的問題在網上反復出現，雖然量子熱學根本沒有這么怪異。疊加態的消失，完全可以簡單地理解為轉動的硬幣落到了地面上，因而停止了轉動徹底弄成精典狀態。僅此而已。
但是為何硬幣的轉動會停止呢？緣由就在于檢測這個動作使轉動的硬幣與我們的實驗設備發生了互相作用，完善了糾纏關系。別忘了我們和實驗設備都處在一個二維世界里，所以這種黏稠糊的糾纏關系也就把三維空間里轉動的硬幣生玄參拉平，最終老老實實地躺下我們這個二維世界里，弄成了純粹的精典態。
自此我們曉得，粒子從疊加態退化成精典態的過程，并不是雷人的頓時塌縮，而是須要經歷一個弛豫時間的化學過程。只不過這個過程時間極短，我們難以感知罷了。并且，這個過程也與人的認知意識無關，只要發生足夠多的能量交換，疊加態才會被環境拉平，退化成精典態。明白了這一點以后，我們就不要再用容易造成誤會的“塌縮”來描述這個過程了，而應當使用“退相干”這個詞。
另外量子物理三大理論量子糾纏觀察者原理，這個圖象能夠幫我們理解其他一些量子熱學中的特點。諸如不確定性原理，無非就是把硬幣換成色子，它的一些側面與另外一些側面互相垂直，所以當其中一個側面被我們這個二維世界拉平的時侯，其它與其垂直的側面對我們來說就顯得徹底不可檢測了。
最后須要非常說明的是，量子檢測這個動作會改變被檢測對象的狀態，這是身處二維世界的我們不得不面對的無奈。當我們在量子計算機中使用量子比特記錄和處理信息時，如同在使用時刻轉動的硬幣，而不是躺平在地面上的精典比特。此時，我們不能像使用精典計算機那樣隨意讀取比特中的信息。由于每次讀取就會不可防止地破壞硬幣的轉動，也就破壞了量子比特中的信息。
所謂的量子估算過程，是在不進行檢測的前提下，當心翼翼地對其轉動姿態進行各類調整，即執行算法。而最終的讀數，只能在所有估算過程結束以后一次性進行。若果在過程中，某個量子比特不慎與環境發生了作用，還會出現退相干，量子信息就受到了破壞。為了防止這些情況，研究者們不斷找尋各類辦法。工藝上的常見手段就是盡量減少環境濕度，這樣可以降低量子發射和吸收能量包的機率。同時在原理上，研究者也在找尋比較牢靠的量子態作為信息載體，例如拓撲量子態，可以在較高濕度時仍能保持自己的信息不被破壞。
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