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【科学讲堂】猫咪既生且死 解释量子电脑

2020-11-18 16:55| 发布者: admin| 查看: 13| 评论: 0|来自: 果博东方三合一娱乐

【摘要】: 当然暂时大家不需要太担心,我们的社会还未因为量子电脑而「分崩离析」;其中一个原因,是现有的量子电脑规模还小
  大家应该都有听过「量子电脑」吧?如果还没有,可能今天开始就要留意留意了:单在2017及2018这两年,有关量子电脑的私人投资和交易,就至少高达四亿五千万美元!其实基本的量子电脑,现在已经面世,这个可能会颠覆世界的新技术,今天就和大家简单介绍一下,再讨论一下其发展现况。
  同时间不同状态 未检查不知生死
  顾名思义,「量子电脑」跟量子力学有关;当中的理论可能比较抽象,但是我们只需要一个大概就可以了。量子理论奠基人之一、著名奥地利物理学家薛丁格(Erwin Schrodinger)提出的「薛丁格猫」,是讨论当中涉及的量子原理一个很好的比喻。我们日常生活中,应该习惯了物品、动植物存在于明确的状态之中:一隻猫,要么是死了,要么还是活着,乾乾脆脆,决不会有什么「既死且生」、又是生又是死的状况;一枚没有射到球门架、球员身上的足球,如果不是射进球门之中得分,就一定是射到球门之外了,不应该有其他模棱两可的可能性。
  然而量子力学却告诉我们,在没有进行确切的测量之前,微观的世界是可以容许物件弔诡地同一时间存在于不同状态之间的,例如在我们进行检查之前,遵从量子力学守则的「薛丁格猫」可以是七分生、三分死;当然在任何检验(比如说检查气息、脉搏)之后,我们就会确定猫儿是生是死,届时「薛丁格猫」就会变回平常的小猫,不再「既生且死」了。
  混合状态中操作 同时间进行运算
  这个微观世界的「特色」,又如何可以应用于电脑之上呢?要记得电脑的运作,其实是在一连串0和1之上进行各种操作;量子力学却告诉我们,除了是0或1之外,也可以是0与1的混合状态。因此只要经过精心的设计,利用这些「混合状态」进行的操作,其实可以看成是同一时间对0和1进行运算,也就好比同一时间进行多个计算,所以计算的速度能够大幅提升。
  美国数学家秀尔(Peter Shor)在1994年就发表了一个运算方法,利用量子世界的这个特点去为数字找出质因数(比方说找出32651原来是317乘以103)。千万不要小觑「找出质因数」这个看似平凡的算术运算:现今常用于金融交易、互联网络信息传递的加密、解密方法,其实就建基于「为大数字找出质因数是很困难、很费时」这个特质之上,试想想大家如何可以找出32651的质因数?而这也只是一个五位数字:假如是一个有二百多个数位的数字呢?在量子电脑之上运用秀尔的运算方法,就可能可以快速地找到这些大数字的质因数,也就是破解了加密的方法了。
  当然暂时大家不需要太担心,我们的社会还未因为量子电脑而「分崩离析」;其中一个原因,是现有的量子电脑规模还小、相对不稳定:还记得之前讨论「薛丁格猫」的时候,我们特别强调「任何的检验」会令「薛丁格猫」失去牠「又生又死」的特性?我们当然不能检查量子电脑是生是死,但同类的问题一样存在:量子电脑能力卓绝,但是量子的特性暂时还未能维持太久,以致不能进行太长期的量子计算,限制了它们现在的效能。科学家们自然已在努力开发解决这个问题的方法,或是寻找特别适合量子电脑的工作,以使它「一展所长」。
  短暂任职见习土木工程师后,决定追随对科学的兴趣,在加拿大多伦多大学取得理学士及哲学博士学位,修读理论粒子物理。现任香港大学理学院讲师,教授基础科学及通识课程,不时参与科学普及与知识交流活动。文章来源:果博东方三合一娱乐:www.166559.com

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