量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

量子計算 宇宙 海森堡 數學 宇宙小百科 2017-05-12

量子計算和心靈運輸

這樣的哲學討論也許看上去是完全不切實際的,在我們的世界上沒有任何 實際應用。與多少天使能在大頭針的釘帽上跳舞的爭論不同的是,量子物理似 乎是在爭論一個電子能同時處在多少位置。

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

然而,這些不是象牙塔式的學院中的沒有價值的空想。終有一天它們會有 最實際的應用,能推動世界經濟的發展。終有一天整個國家的財富將依賴薛定諤貓的奧妙。

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

在那個時候,也許我們的計算機將在平行宇宙中計算。

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

幾乎我們 所有計算機的基礎結構都建立在硅晶體管的基礎上。摩爾(Moore)定律說,每 18個月計算機的能力增加一倍,因為我們能通過紫外輻射線在硅片上蝕刻越來 越小的晶體管。儘管摩爾(Moore)定律使技術前景發生了革命,但不能永遠繼 續下去。最高級的CPU芯片一層有20個原子。在15至20年內,芯片的精度將 達到每層5個原子。在這樣難以想象的小距離上,我們不得不放棄牛頓力學,

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

不 得不採用以海森堡測不準原理為主導的量子力學。結果我們不再精確地知道電 子在什麼地方。這意昧著當電子跑到絕緣體和半導體之外,而不是停留在它們 之內時短路將會發生。

在將來,在硅片上進行蝕刻將達到一個極限。硅的時代將很快結束。也許 它將引來一個量子時代。硅谷(Silicon Valley)的興旺將不再存在。有一天我們 也許不得不靠原子進行計算,需要引進新的計算體系結構。今天的計算機是根 據二進制系統,即每個數不是0就是1。然而原子的旋轉可以同時指向上、下或 側面。計算機的位數(0或1 )可能被“區比特(qubit)”(0和1之間的任何數)代 替,使量子計算比普通計算要強大得多。

例如,一臺量子計算機有可能動搖國際安全的基礎。今天,大銀行、跨國公 司和工業國將他們的祕密用計算機邏輯編成密碼。很多密碼是根據將一個巨大 的數分解為因數。例如,普通計算機分解一個100位的數需要幾百年。但是對 於量子計算機來說,

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

這樣的計算就輕而易舉。它們能夠破解世界各個國家的 密碼。

量子計算機的基本工作原理如下:將一系列原子對齊,它們的旋轉在磁場作 用下指向一個方向。然後將一個激光束打到它們上面,這樣當激光束從原子反 射出去時,很多原子的旋轉(方向)就翻倒了。通過測量反射的激光就可以記錄 光離開原子散射的複雜的數學運算。如果按照費曼的方法利用量子理論計算這 個過程,必須將在所有可能方向旋轉的原子的所有可能的位置加在一起。甚至 一個簡單的量子計算也需要幾分之一秒的時間,在普通計算機上進行這樣的計 算,無論花費多少時間都幾乎是不可能的。

在原則上,正如牛津大學的大衛•多伊克(David Deutch)強調的,這意味著 當我們使用量子計算機時,我們不得不將所有可能的平行宇宙加在一起。儘管 我們不能直接與這些平行宇宙接觸,量子計算機可以利用在平行宇宙中的旋轉 狀態來計算它們。(雖然在我們的臥室裡我們不再與其他宇宙相干,但是量子 計算機中的原子,由於結構決定,卻是和諧一致地振動的。)

量子計算和心靈運輸,什麼是量子計算機?

儘管量子計算機的潛力確實是令人驚愕的,然而實際面臨的問題也是非常 多的。目前在量子計算機中所用的原子數量的世界記錄是7個原子。現在在量 子計算機上最多隻能做到3乘5等於15,幾乎不能給人什麼深刻的印象。即便 是要想讓量子計算機與一臺普通的膝上型電腦匹敵,也需要幾百個,也許幾百萬 個原子相干振動。因為甚至與一個空氣分子碰撞都可能使原子去相干,因此必 須有極其清潔的條件將量子計算機的原子與環境隔離。(要建造一臺計算速度 超過現代計算機的量子計算機需要幾十億個原子,因此量子計算仍然是幾十年 後的事情。)

相關推薦

推薦中...