@ 2014.10.30 , 18:40
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为什么说量子计算机可以改变一切?

几十年来,计算机进化的趋势可以总结为【把越来越多的算力装进越来越小的空间里】——你现在用的智能手机在算力上已经超过了阿波罗11号的计算机网络。有些人梦想未来的计算机也许可以达到量子水平。所谓的量子计算机,实际上就是用量子机制处理信息,使用【量子比特】作为基本单位,类似于传统计算机的比特。

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用什么材料制作?

普通计算机中用比特记录0或1这两种状态之一。早期电脑纸质穿孔卡片或者纸带作为介质,随着计算机不断进化,人们开始用继电器的【开】【合】、磁带磁极的【负】【正】、光盘上微小坑洞的【无】【有】,到最后开始使用两组不同水平的电荷来分别表达0和1的状态。

量子比特具有某种量子机制下的古怪特性,因为粒子可以在叠加态下存在,一个量子比特是同时具有0和1的混合体。若是能够将若干个量子比特相连接,你就能用到量子纠缠,量子纠缠也叫做“幽灵般的超距作用”,就是说,粒子之间无论相隔多远都可以毫无时差地影响彼此。

有什么用?

量子计算机这些怪怪的特性有啥用?正因为具有奇怪的量子特性,量子计算机能以比今天的计算机更快的速度处理复杂的计算。量子比特可以以0和1的叠加态存在,计算机可以使用0,可以使用1,也可以同时使用0和1。由于基本单元的编码多重可能性,量子计算机可以处理普通计算机无法处理的问题,比如快速计算巨大数的因数。

但是计算因数貌似不是什么难题,为什么要非用到量子计算机不可?因为在加密领域,因数起到的作用非常重要。理论上来说,有了量子计算机,现有的在线购物信用卡保护措施可以不再使用,告密者也可以使用极难被发现的电子邮件地址。

由于量子计算机可以绕开现有的加密方法,人们可以用全新的更安全的方法加密。而且除了加密,我们还能用量子计算机更深入地窥探复杂的潜在现实。

我们的世界就是以量子机制存在的——那就是数字。有了量子计算机,可以帮助人类从根本上理解宇宙的数字性。

那么人类造出量子计算机了么?

科学家目前已经在实验中造出了多量子比特系统,但是要制造真正能够派上作用的量子计算机,还有很多工作要做。IBM的研究者正在用超导金属回路制作量子比特,但是遇到了高错误率的问题。

IBM的研究人员Jerry Chow在最近的一篇博客中说:“要实现量子计算,纠缠是必须的,但是一旦量子计算机和环境中发生纠缠效应,就会导致出错发生。一旦量子计算机和外界纠缠过强,量子效应便会消失,由于这点原因,量子态目前还是十分脆弱的。但是量子计算机必须与外部世界相结合,这样使用者才能在量子计算机上运行程序,才能从程序中读出结果。”

即便物理学和工程学上的难题都被克服后,桌面量子计算机还是不太可能在短期内实现。这是因为保持超导体需要非常低的温度。

微软的Michael Freedman调侃说:“脑子里想到量子计算,就觉得自己是台笨重的化学模拟计算机。”
本文译自 The Week,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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  1. brokenCPU
    @2 years ago
    2846314

    @astria:
    有n个量子比特的量子计算机的计算力是O(2^n),就是说n个量子比特通过纠缠可以储存一个有2^n个自由度的状态,设定好初始状态和系统哈密顿量后启动,状态就按薛定谔方程演化到某个末状态(即计算结果),而演化速度一般与n无关(就好比一堆球被撒到地上需要的时间基本与球的数目无关,而由重力加速度和高度决定)。

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