过去一年，量子力学领域出现了一些迄今最令人感兴趣的新进展。这一领域已有100多年历史，并经过了令人难以想象的精确检验，但其中一些最引人注目的论断至今仍在争论之中。
即便是该理论最古老的成果之一，也存在这样的情况： 海森堡不确定性原理指出，量子系统的某些性质，例如粒子的位置和动量，只能以有限精度同时测量。
关于量子态所能获得的知识存在这一根本限制，是因为测量设备对被研究系统不可避免地产生“反作用”，或扰动。简言之，测量会改变量子态。
海森堡不确定性原理的实际作用。
过去几年里， 维也纳 和 多伦多的研究团队发表的实验结果声称利用了标准不确定性原理表述中的一个漏洞，从而违反了该原理。
对此，欧洲研究人员合作团队今年在《Physical Review A》发表的一篇文章表明，通过仔细分析这些实验，原理的 更一般形式 依然成立。
这类争论并非只是对诠释细枝末节的争论；我们对这一曾经晦涩的理论的理解正在走向成熟。如今，我们能够利用它违反直觉的性质，发明在经典物理中不可能实现的技术。这种进步同时发生在基础理论和技术层面。
恰如其分
以弱测量为例。这种测量试图尽量减小测量对被测系统量子态的影响，从而绕开不确定性原理。但让测量设备只与量子系统进行弱相互作用也要付出代价：测量如今只有部分时候才能成功告诉你有关系统的信息。
事实证明，只考虑被认为成功的那些结果时，被测量量的统计平均值可能远远超过单次测量的任何可能结果。换句话说，这会使测量设备中的信号得到放大。
尽管牛津大学物理学家此前曾 提出相反主张 ，但南加州大学和加利福尼亚大学河滨分校的 近期研究 表明，对于“有噪声”的系统，加入量子纠缠这一要素后，弱测量可以比标准测量更精确。
不过，弱值是否具有量子属性也受到了质疑。今年，新墨西哥州量子信息与控制中心的研究人员声称，上述测量放大并非量子现象所独有。
类似的推理也可用于经典抛硬币，只是有一点变化：与量子弱测量类似，无法以100%的成功率判定结果（正面或反面），而且硬币本身在过程中也可能被翻转。在这种情况下，可以人为设置相关概率，使单次抛硬币的统计期望值 达到100个正面。
然而，加拿大滑铁卢的佩里米特理论物理研究所的马修·普西随后表明，对于量子系统，这些奇异结果 无法用经典理论解释 ，而且弱值与量子力学中一种称为情境性的性质密切相关。
情境性意味着，量子态的测量性质本质上取决于测量方式。情境性不仅使弱测量呈现出奇异性，似乎也在量子计算中发挥着基础作用。
滑铁卢大学的科学家表明，对于某种量子计算而言，提供“魔力”的是情境性， 而非纠缠或其他量子现象 。这是一个重大突破：尽管我们有充分证据表明量子计算机远胜于经典计算机，但我们仍不确切了解量子力学的哪种性质赋予了它这种优势。
计算这一切
随着这些理论进展，2014年发表的实验成果使我们比以往任何时候都更接近实现可运行的量子计算机——这是数千名从事量子物理研究的科学家的终极梦想。
突破经典计算中布尔逻辑的0和1，建造一台规模足够大的此类设备，将使我们能够解决当今最强大的 超级计算机也无法处理的问题。
许多不同的物理系统都可能用于构建可运行的量子计算机，各有优缺点；今年，其中若干系统都取得了重大进展。
在一种基于钻石的实现方案中——其优势是易于扩展且可在室温下运行——来自北京清华大学的团队设计并实现了 通用几何逻辑门。这些是构建任何容错量子算法的基本模块，也是区分“主流”多用途量子计算与通用性较低的量子设备的主要特征。
光学量子计算机将量子信息编码在光中；今年，这一领域也克服了一项重要障碍：日内瓦大学与斯坦福大学的合作团队首次成功促使一对单光子 彼此相互作用。此前，这一直是这项其他方面已发展完善且前景可观的量子技术所缺少的要素之一。
总的来说，2014年是量子物理领域令人惊叹的一年；上述研究只是过去12个月发表在数百篇论文中的一小部分。
与一些流行误解相反，科学并非建立在不变定律的基石之上；即便是量子力学的一些最基本原则，仍是科学界激烈争论的对象。
通过拓展理论的边界，我们得以更深入地理解支撑现实世界的现象，并因此更好地加以控制。
本文与 The Conversation合作发表。发表本文并不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Felix Pollock 是莫纳什大学量子物理研究员。Kavan Modi 是莫纳什大学讲师。
图片：2006年2月14日布鲁塞尔原子球塔正式落成典礼期间的景象。比利时于周二庆祝原子球塔重新开放；这座金属球体与连接杆构成的巨大分子结构是该国最著名的地标之一，此前经过数百万美元的翻新。
