美國科技資訊網(wǎng)站SAI刊登長篇文章，以通俗易懂的語言介紹了有關(guān)量子計算學(xué)科的9個事實。
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量子計算機(jī)并不是用來瀏覽互聯(lián)網(wǎng)、收發(fā)郵件，也不是用來運行常規(guī)軟件。相反，量子計算機(jī)的基礎(chǔ)為量子力學(xué)。量子力學(xué)為物理學(xué)的一個分支，該學(xué)科創(chuàng)立時間已有100年左右，并對人們的傳統(tǒng)看法發(fā)起挑戰(zhàn)。量子物理學(xué)研究對象為很小的事物，如電子和光子等，并試圖解決人們此前沒能解決的問題。
如果你聲稱量子計算機(jī)簡直就是以魔法方式運行，這種說法也沒有多少夸張之處。在我們面對這些很小的物體時(試想一下，比單個原子還小)，科幻小說中描寫的時間旅行、瞬間移動(teleportation)等奇特現(xiàn)象也只能說是司空見慣。傳統(tǒng)意義上的物理學(xué)“規(guī)則”在這兒不適用。
這無疑就可開啟一些令人心動的可能性，尤其在數(shù)學(xué)分支優(yōu)化學(xué)科領(lǐng)域就更是如此。顧名思義，優(yōu)化就是要從一大堆潛在答案中找出最佳者。對于這門特定數(shù)學(xué)學(xué)科領(lǐng)域而言，它致力于解決現(xiàn)實世界中一些可實際感受到的問題。UPS快遞卡車如何選擇其最佳投遞路線？機(jī)場該如何合理安排航班才能保持各航班不會延誤？
在處理一些優(yōu)化計算任務(wù)上，傳統(tǒng)計算機(jī)可謂設(shè)備簡陋。美國南加州大學(xué)克希德·馬丁量子計算中心科學(xué)主任丹尼爾·里達(dá)爾(Daniel Lidar)表示，人類驗證蛋白質(zhì)折疊狀態(tài)會花上大量時間，自然界卻能夠在數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)完成這種任務(wù)，而傳統(tǒng)計算機(jī)要解決這些問題，則要花上數(shù)十億年的時間去思考。
從某種程度上講，量子計算也具有了像自然界那樣同世界互動的能力。這可能是一種今人感到難以理解的深奧想法。即便如此，這也僅僅是量子計算機(jī)的冰山一角。
1.量子計算機(jī)依靠量子力學(xué)來運行，而量子力學(xué)非常“瘋狂”
與我們?nèi)庋鬯吹轿矬w的運動規(guī)則相比，量子粒子的運動規(guī)則卻大為不同。舉例來說，量子粒子能夠同時存在于兩個地方，能夠快速前進(jìn)或后退，甚至能夠進(jìn)行所謂的瞬間移動，也就是物理學(xué)家們所說的“量子隧道效應(yīng)”(quantum tunneling)。
這通常是我們在科幻小說中所看到的東西。但在量子世界中，這些現(xiàn)象可謂尋常之極。而科學(xué)家們也無法對此給出令人滿意的答案。
2.沒有人能夠真正了解量子計算機(jī)的內(nèi)部會發(fā)生什么
一個被外界所熟知的量子力學(xué)理念(也適用于科學(xué)的普通法則)，就是對某種活動的簡單觀察，將會改變事情的結(jié)果。我們受限于我們所使用工具的準(zhǔn)確性，而這一點對于科學(xué)家們敏銳的眼光而言尤為適用。一個量子粒子被觀察或以其他方式被測量后，則該量子粒子的屬性將永遠(yuǎn)改變。
3.忘掉0和1的數(shù)字位——量子計算機(jī)使用“量子位”，而這讓人充滿“狂野”思想
就你的個人計算機(jī)核心而言，無疑是通過數(shù)位來處理——分別代表0和1的數(shù)字位，僅此而已。而量子計算機(jī)則使用量子位來實現(xiàn)其運行。與數(shù)字位一樣，量子位能夠代表0或1，但其真正神奇之處，還在于它們的第三種狀態(tài)，即“疊加”狀態(tài)——它們能夠同時代表0或1。
這種神奇的能力也就意味著，同一列量子位能夠同時代表大量不同事物。舉例來說，如果你組建了兩個量子位，則他們能夠同時保持四個可能的數(shù)值：[0，0]、[0，1]、[1，0]或[1，1]。
這是否開始變得有點難以理解了？這也沒什么。一些以研究量子力學(xué)謀生的聰明人，其實也與我們一樣對此感到難以理解。
4.量子計算機(jī)能夠解決傳統(tǒng)計算機(jī)根本無法或難以解決的問題
在解決優(yōu)化問題時，量子計算機(jī)就能夠大放光彩。由于一些優(yōu)化問題過于復(fù)雜，如果交由傳統(tǒng)計算機(jī)來處理，可能會上大量時間，如數(shù)十億年之久。
一個經(jīng)典例子就是“旅行推銷員問題”。想像一下，你眼前的地圖上有一大堆城市，并顯示出各城市之間的距離。你是一名銷售員，正試圖找出可走遍每個城市的最短路線。要讓傳統(tǒng)計算機(jī)來解決這個問題，唯一的辦法就是記錄下每一條可能路線的距離，對它們進(jìn)行比較后找到最短線路。然而這并不是很“瀟灑”的解決方式。
我們還記得，量子位可同時代表一個以上的事物。這也就意味著一臺量子計算機(jī)能夠同一時間嘗試無數(shù)個可能的路線，并能夠在數(shù)秒鐘內(nèi)向你返回最短路線的答案，而不用花上地質(zhì)學(xué)紀(jì)年意義上的時間。
5.一些人認(rèn)為量子計算機(jī)正在平行宇宙中運行計算
沒有人能夠確認(rèn)讓一個量子位同時代表一個以上事物的機(jī)制。它是奇異量子的天性，并顛覆了人們此前對于事情的理解。只是我們不理解，并不意味著事情沒有發(fā)生。科學(xué)家們對于這種可能性有各種各樣的見解。我們最能夠接受的是多宇宙理論，即理論物理學(xué)聲稱存在著多重(很可能是數(shù)量無限)平行宇宙。
在這種模式中，正解決旅行推銷員問題的量子計算機(jī)，其實很可能在平行宇宙中運行計算，并追蹤在其他宇宙中的潛在線路，目的是大幅減少解決此問題所需計算時間。
6.你的個人電腦能夠像超級昂貴的量子計算機(jī)那樣做很多事情
考慮到量子計算機(jī)能夠找到解決問題的最優(yōu)化方案，它也依賴你每天所使用電腦中的一些基礎(chǔ)數(shù)學(xué)工具。這通常是指已經(jīng)過優(yōu)化的基礎(chǔ)算術(shù)。增加一堆數(shù)字并不比將它們加起來高明多少，將數(shù)字相乘并不比將他們簡單做乘法高明多少。在此類例子中，你的個人電腦效率將與量子計算機(jī)一樣具有高效率。
7.隨著量子計算機(jī)易用性加強以及售價降低，它將給數(shù)據(jù)加密帶來變革
除解決一些優(yōu)化問題外，量子計算機(jī)將使我們當(dāng)前有關(guān)加密和數(shù)據(jù)安全的理念得以徹底顛覆。今后任何兩個人之間的通話聯(lián)系，所使用加密技術(shù)實際上將無法破解。
8.量子計算機(jī)必須在保持極端低溫下才能正常運行
開氏(Kelvin)溫標(biāo)，或者所說的“絕對零度”，也是可測量的最冷溫度。根據(jù)動力學(xué)理論，當(dāng)溫度在絕對零度時，單個原子的動能為零，原子停止運動后，它們也就停止產(chǎn)生熱能。美國D-Wave公司所生產(chǎn)量子計算機(jī)，其內(nèi)部溫度保持在0.02°K，相當(dāng)于華氏溫標(biāo)-460°F。
9.量子計算機(jī)運算速度之快遠(yuǎn)超乎你的想像
美國阿姆赫斯特大學(xué)教授凱瑟琳·麥克杰奧奇(Catherine McGeoch)對量子計算機(jī)和傳統(tǒng)計算機(jī)運行速度進(jìn)行了對比。讓這兩種設(shè)備分別處理同一任務(wù)后，麥克杰奧奇得出結(jié)論稱，量子計算機(jī)的運行速度為傳統(tǒng)計算機(jī)的“數(shù)千倍”。
本文轉(zhuǎn)自全球技術(shù)地圖
來源美國科技資訊網(wǎng)站SAI
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