量子計算：你不知道的九大問題

1、量子計算你不知道的地方量子計算機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，量子計算機的基礎為量子力學。量子力學為物理學的一個分支，該學科創(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“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

2、分支優(yōu)化學科領(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)學學科領(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)化計算任務上，傳統(tǒng)計算機可謂設備簡陋。美國南加州大學克希德馬丁量子計算中心科學主任丹尼爾里達爾(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，而傳統(tǒng)計算機要解決這些問題，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

3、以理解的深奧想法。即便如此，這也僅僅是量子計算機的冰山一角。1、量子計算機依靠量子力學來運行，而量子力學非?！隘偪瘛?。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，能夠快速前進或后退，甚至能夠進行所謂的瞬間移動，也就是物理學家們所說的“量子隧道效應”(quantum tunneling)。174.139.208.164 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的內(nèi)部會發(fā)生什么。一個被外界所熟知的量子力學理念(也適用于科學的普

4、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確性，而這一點對于科學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改變。 3、忘掉0和1的數(shù)字位量子計算機使用“量子位”(qubit)，而這種事情足以讓人充滿“狂野”思想。就你的個人計算機核心而言，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

5、。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, 1 174.139.208.165。4、量子計算機能夠解決傳統(tǒng)計算機根本無法或難以解決的問題。在解決優(yōu)化問題時，量子計算機就能夠大放光彩。由于一些優(yōu)化問題過于復雜，如果交由傳統(tǒng)計算機來處理，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，對它們進行比較后找到最短線路。然而這并不是很“

6、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)學紀年意義上的時間。 5、一些人認為量子計算機正在平行宇宙中運行計算。沒有人能夠確認讓一個量子位同時代表一個以上事物的機制。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?？茖W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，其實很可能在平行宇宙中運行計算，并

7、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那樣做很多事情。考慮到量子計算機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數(shù)學工具。這通常是指已經(jīng)過優(yōu)化的基礎算術(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一樣具有高效率。 7、隨著量子計算機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，量子計算機將使我們當前有關(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、量子計算機必須在保持極端低溫下才能正常運行。開氏(Kelvin)溫標，或者所說的“絕對零度”，也是可測量的最冷溫度。根據(jù)動力學理論，當溫度在絕對零度時，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，其內(nèi)部溫度保持在0.02K，相當于華氏溫標-460F。 9、量子計算機運算速度之