現(xiàn)代科學一般會提出一些令人無法置信的主張,但其實最離譜的學科很可能是量子化學學。一般提及的量子思想包括貓同時活著和跑掉,直至有人看著它們以及多個世界,這種世界除了可能所有事物,但是實際上所有事物都發(fā)生了-起碼在平行現(xiàn)實中這么。
有了這些驚人的預測,完全有理由想像量子化學學不會形成有用的技術。并且,事實并非這么。化學學家,工程師和計算機科學家正企圖借助量子力學的反直覺行為來建立量子計算機,最終造成量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
這項努力除了是學者的具象目標;并且它已被日本政府確定為一項重要的國家呼吁。
聯(lián)邦機構早已開始為德國量子基礎設施設計框架。在能源部,比如,計劃將其實驗室與量子互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)接在一起。
量子互聯(lián)網(wǎng)與普通互聯(lián)網(wǎng)既相像又不同。它的相像之處在于它聯(lián)接計算機,雖然只是量子計算機。這是不同的,由于這種計算機交互的方法本質(zhì)上是難以破解的。
任何企圖攔截消息的嘗試就會告訴預期的寄件人,有人在傳遞消息之前早已閱讀了該消息。為了遵循新的呼吁,該國的學院和國家實驗室早已開始發(fā)展成功實現(xiàn)量子互聯(lián)網(wǎng)所需的能力。
這樣的進步之一是由學院,國家實驗室和私人企業(yè)組成的財團于本月宣布成功傳輸量子信息。這是朝著完善量子互聯(lián)網(wǎng)邁出的重要一步。(公開:附屬實驗室之一是費米國家加速器實驗室,盡管我并沒有參與這項特殊成就,但我還是科學家所在的實驗室。)
量子估算在許多方面與普通估算不同。首先,普通計算機是圍繞位的概念建立的,該概念實際上是可以打開或關掉的開關,這是計算機專業(yè)人士稱為1或0的開關。相反,量子計算機使用qubit,即“量子位”的簡寫。”
量子位有點像普通位,由于它們的檢測值為0和1,并且在兩次檢測之間,它們是0和1的不確定混和。這一點量子魔術與薛定inger的貓是完全一樣的(但是同樣令人苦惱)。
1935年,荷蘭化學學家歐文·施羅丁格(Erwin)設計了一個思想實驗,以說明一種稱為“哥本哈根解釋量子熱學”的量子理論的荒誕性。在阿姆斯特丹解釋,命名在它被發(fā)明了城,他說,一個量子系統(tǒng)可能同時是兩個對立的事物,直至進行了檢測。
量子系統(tǒng)的一個反例是放射性原子,依照奧斯陸的解釋,該原子既被衰減又未被衰減,直至有人對其進行檢測。薛定inger想像著一個密封盒中的一些放射性物質(zhì),其中包括一個幅射偵測器,一把錘子,一小罐有毒二氧化碳和一只貓。假如放射性物質(zhì)的原子霉爛了,偵測器會記錄出來并釋放錘子,以打破大桶中的毒藥,這反過來又會殺害貓。
按照量子熱學定理,在打開袋子之前,原子同時被衰減和未被衰減量子物理學有什么用,這意味著貓既活著又死了。薛定inger覺得這是愚蠢的,并宣稱他的思想實驗使赫爾辛基對量子熱學的解釋無效。
但是,量子熱學容許物體同時處于兩種相反構象的看法實際上是正確的。量子計算機中的一個量子位在一個頓時既是0又是1。這聽上去是不可能的,但這是使量子世界與我們熟悉的世界不同的一件事。像電子這樣的亞原子粒子可以在兩個位置或一個位置,或則可以同時沿相反的方向旋轉。正是這種相反的載流子構成了量子位。順秒針旋轉的電子為0,逆秒針旋轉的電子為1(反之亦然)。
1998年展示了第一臺工作的量子計算機。這是十分原始的,但這只是個小步驟。量子估算具有優(yōu)點和缺點。對于大多數(shù)問題,量子計算機并沒有真正比低端普通計算機快。并且,對于個別問題(比如代碼破解),量子估算使常規(guī)計算機深陷窘境。
當先進的量子計算機成為現(xiàn)實時,它們將才能比現(xiàn)今更快地破解代碼。使用普通計算機將耗費數(shù)萬億年,而使用量子計算機則將耗費數(shù)秒。諸如,微軟宣布了一種算法量子物理學有什么用,該算法在量子計算機上的運行速率比普通計算機快一億倍。
更重要的是,量子計算機除了擅長揭秘,還擅長揭秘。她們還擅長加密。早已開發(fā)出了堅不可摧的量子算法。這種加密功能使參與電子商務的國家和公司都感興趣。
其實,完美的量子計算機尚不可用,甚至可能永遠也沒有。與普通計算機不同,在量子計算機中,很容易分辨位是打開還是關掉,而量子位對環(huán)境尤其是熱量特別敏感。計算機原子的震動會破壞儲存在量子位中的信息,進而要求將量子計算機保持在特別低的氣溫下。
在許多機構正在開發(fā)量子計算機的同時,構建量子互聯(lián)網(wǎng)須要一種在計算機之間傳輸信息的方式。這是通過一種稱為量子隱型傳態(tài)的現(xiàn)象來實現(xiàn)的,在該現(xiàn)象中,兩個相距很遠的原子被當成相同的分子起作用。
由加洲理工大學()領導并與許多機構合作者合作的IN-Q-NET聯(lián)盟近來取得的一項進展,已成功地證明了在兩個測試臺上進局長距離量子隱型傳態(tài),一個坐落加洲理工大學,另一個坐落多倫多附近的費米實驗室。這一成就使用了可商購的設備,是發(fā)展量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步。
量子估算的歷史還很早,目前尚不清楚它的發(fā)展方向。它的支持者對它的未來十分熱情,而其他人(包括我自己)則慎重對待它。并且,毫無疑惑,它的代碼制做和破壞功能使其成為在線保護和黑客領域的一個有趣前景。
六年之內(nèi)量子估算將在那里?這很難說。并且,我們擁有悠久的令人驚嘆的科學成就,使我們倍感豁達。1783年,當本杰明·富蘭克林()觀看了第一次汽球飛行時,有人問他這有哪些用處。他回答了一個知名的玩笑:“新生嬰孩有哪些益處?”今天,我們環(huán)游世界,正在征服太空。
量子估算仍處于起步階段,但有三天它可能會改變世界。我們必須拭目以待。