我们将与科技谈话者讨论量子估算。
首先,量子计算机何以成为量子计算机。我将让科技谈话者来解释一下。
科技谈话者:它指的是量子……咄!好吧,但说真的,普通计算机使用储存在晶体管中的二补码数字(1和0)处理数据。它使用二补码数字来执行指令、储存图片、播放音乐、查看,做几乎所有你能想到的事情。量子计算机以量子比特或则说量子二补码数字的方式存储数据。量子比特很难飘忽,由于既可能是0,1,也有可能两者皆有。
量子估算让编程和物理领域出现一些激奋人心的事情成为可能。
量子二补码数字或则量子比特之所以表现为这样是由于一种叫作态叠加的原理。态叠加原理是量子估算背后的核心法则。我们在讨论态叠加时,一般会用到电子这一反例。电子具有载流子的特点,旋转的方向既可能是向下也可能向上。但是量子物理是什么意思,依据量子热学理论,电子除了能向下或向上旋转,它还具有一种综合两种状态而任意线性组合的旋转方式。线性组合意味着它可以同时具有向下旋转的状态也有向上旋转的状态。
奇怪之处在于,当一个观察员见到电子向下旋转的时侯量子物理是什么意思,另一个观察员可能会见到电子向上旋转。虽然两个观察员精确地在同一时刻观察电子,这种观测差别依然存在——这一事实意味着在量子热学中,我们觉得电子同时具有这种旋转方式。我们将其称之为属性态叠加。
这对量子热学意义重大,由于正如科技谈话者所言,普通计算机使用一个位(1或0)来处理数据,所以一台8位计算机能在任何给定的时间处理1至256种状态中的任意一种。而借助态叠加状态的量子计算机则可以同时处理256种状态。这意味着,对某种(虽然不是全部)算法而言,量子计算机将带来估算能力的巨大飞越。
这么量子比特到底是哪些呢?
正如一台常规计算机通过各类各样的方法(比如在硬碟、DVD和显存芯片上储存二补码数字的不同形式)代表一个常规的位一样,一个量子比特也能通过不同的东西来代表。如我所提及的,电子、光子和原子核都是挺好的量子比特。事实上,任何具有量子特点的物体都可以用作量子比特。这儿你能看见一个完整的清单。
量子纠缠告诉我们,两个粒子相互连接时,假如你弄清其中一个粒子的状态,你马上能够晓得另一个粒子的状态。
科技谈话者:量子计算机通过态叠加的分解进行一些有趣的估算,这种估算普通计算机很难完成。比如,普通计算机很难找出素数的因子,所以几乎所有的密码术就会用到某种方式的小型因数或则双向函数,借以保护数据安全。
目前,由于每位量子比特能同时以所有状态存在,你可能好奇这种东西是怎么存储信息的。为了实现存储,我们须要借助量子理论的另一个特点——量子纠缠。
量子纠缠告诉我们,两个粒子相互连接时,假如你检测其中一个粒子的状态,你立即也能晓得另一个粒子的状态,不管这两个粒子距离多么遥远。这在量子估算中有几个影响,其中最重要的影响之一就是它能让我们把量子计算机的量子比特缠绕上去,这样,一旦我们晓得其中一个的状态,我们能够晓得其他所有量子的状态。
因而遵守着这两条法则,量子计算机就能迅速地执行估算——极其迅速得估算这些过去被觉得是不可能在合理的时间内解决的困局。比如,一台运用恰当算法的量子计算机可以相对轻易地破解牢靠的密码。为此我们离用量子计算机代替智能手机还有多远?
科技谈话者:如今还何必害怕。目前为止,我们的量子计算机还处于用几个量子比特进行简单估算的阶段。但是,在将来,这将给科技带来一些非常有趣的改变!
总结
所以这就是量子估算。
假如你倍感有些疑虑,别害怕。虽然是在量子估算领域的重要科学家也发觉,它未能仅靠直觉来感悟。尼尔斯·玻尔说:“那些第一次看到量子理论而没被惊讶的人,可能还没能理解它。”理查德·费曼说,“我可以很有掌握地说还没有人能理解量子热学。”