双缝实验：一个既简单又复杂、既著名又基本的实验，双缝实验的哲学思考：看似简单两条缝，实质深藏一道谜。区区这么两条狭缝，却为我们当今的科技、经济与社会，打开了一扇宽广的量子大门。
有人可能会感到奇怪，只听说过著名的双缝实验，没听说过三缝实验。有三缝实验吗？三缝实验如何分析？三缝实验具有什么样的意义？
通俗地来讲，借用爱因斯坦关于量子力学的名言：“上帝不玩骰子”，如果说双缝实验相当于是上帝是在玩两个骰子的话，那么三缝实验相当于上帝是在玩三个骰子。
双缝实验表明，光和其它量子对象显现如粒子和波的特性，并证明了叠加原理：粒子可以同时处于多种状态和位置。
三缝实验的研究有助于探索在狭缝实验边界条件下如何计算叠加的新细节，提供创建三维量子位，而不是通常的两维量子位的机会，有助于量子计算。从理论上讲，三缝实验有助于探索叠加原理在这种情况下的适用方式，并对量子计算的基本理解中揭示新的微妙之处。
量子计算的主要挑战之一是找到一种方法来增加量子计算机所包含的称为量子位的位数，而又不破坏允许量子位同时处于两种状态的叠加，这是量子计算机具有巨大计算潜力的关键。目前的量子计算研究大多致力于增加系统中的量子位数量，但还存在有尝试通过使用较高维度的量子位，如三态量子位而不是二态的量子位。通过三缝实验的研究，有利于探索三态的量子位。
在传统的计算机中，所用的计算数位就好像是一个开关：可以是“开”或“关”，分别对应于二进制代码中的值1或0。但是，在量子世界中，开关可以同时打开和关闭。在一个量子位中，需要定义一个同时处于打开状态和关闭状态的有限概率的状态，两种状态的结合以及每种状态的概率都是叠加的本质。
三态比特（英文：qutrit，或称三态量子位）是量子信息的一个单位，该信息由由三个相互正交的量子态叠加的量子系统来描述。它具有三个正交基态或向量，通常表示为|0、|1 和 |2这三个正交基态的线性组合形式的叠加状态向量为：|ψ = α|0 + β|1 + γ|2，其中系数为复数概率幅度，其平方和为1：|α|^2 + |β|^2 + |γ|^2 = 1。一串n个三态比特同时表示3^n个不同的状态，即3^n维复杂希尔伯特空间中的叠加状态向量。
合在一起的量子比特越多，那么它们失去特殊的量子叠加能力并坍缩回到正常的经典比特中的可能性就越大。当一个量子位与外界环境相互作用而失去“连贯性”时，就会发生这种情况。随着试图使更多的量子位成为一个连贯的叠加，长期保持这种状态变得越来越困难。这就像把人们放到一个聚会的房间里。如果在10平方米的课堂里有10个学听课生，那么有足够的空间供他们共存而不进入另一个人的空间。如果我们将人数增加到30人，就会开始有些拥挤，难以和平共处。
常规策略的一种替代方法是增加每个量子位的尺寸，而不是尝试将更多量子位放入同一空间。比如这样一个基础数学表达式：一个是 2^3 = 2×2×2 = 8；另一个是 3^2 = 3×3 = 9。这两个结果的数量级相同、非常接近。如果使用两个三态量子位，而不是三个两态量子位，则可以访问相似数量的可能状态。因此，可以尝试增加指数，而不是尝试增加底数的方式。如果增加基态的数量，则更少的位数可实现相同的目标。
这个策略还有另一个好处：就是不再受二进制代码的束缚。设想考虑一场足球比赛的结果。通常会想到两个结果，“输”和“赢”，可以用两个状态来指定，因此在量子世界中，一个量子比特就足够了。但是，如果再加上两个可能的结果，例如还存在“双方打平”和“因故未赛”的结果，那么一个量子位就不足以描述系统，需要两个量子位。但是如果有一个四态系统，一个量子位就足够了。
因此，高位量子系统可以在较少数量的系统中封装更多信息。从理论上证明了这种好处可以为量子计算机的某个目标提供一个优势，即使用所谓的量子密钥分发来创建防黑客攻击的通信。
在这种方法中，两方创建了一个共享的秘密“密钥”，只有双方才能使用它们来解码消息。如果可以通过增加基态的数量来增加量子位的大小，那么结果将是对某些类型的攻击更具抵抗力的密钥。除了在密钥分配中具有更高安全性的可能性外，同时在真正的随机数生成中将有更大的随机性，这是量子计算机的另一个应用前景。
那么，如何从基本的三缝实验转变为有效的三态量子系统呢？第一步是生成单光子。比如从非常强的激光束开始，向特殊的晶体材料发光。在某些条件下，大约10^8到10^10个光子中的一个会在称为下转换的过程中分裂为两个能量较低的光子。这些子光子总是成对出现。使用单光子检测器测量其中一个光子，该测量预示着另一个光子的存在，因为它们是同时产生的。然后，可以使用第二个光子进行实验。发挥了“母”光子的特性，以确保子光子具有其特性。母光子对准三个缝隙，然后其空间轮廓模拟三缝轮廓。子光子又将这种轮廓通过。光子进入一个叠加，该叠加为我们提供了一个三维量子位“空间仓” ，其三个基本状态是三个缝的位置。
三态比特用于存储量子信息时具有独特的特征，它们在某些环境相互作用下对去相干性更强健。无论从基础研究的还是实际应用，三缝实验的研究有利于探索量子物理与量子计算的基本概念。对于三缝实验的探索有利于提供新的认知与可能性，同时基于三缝实验的高位量子位代表了向高位量子计算和量子通信发展的技术前景。
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