任何科学突破或革命都至少会伴随着两件事:发展与困惑。

发展,作为突破的动力,带来了理解层面上、和技术上前所未有的飞跃;困惑,因为新的发现会引起误解,甚至有些人会利用新的趋势术语来误导大众。

拿量子力学来说,它的发现不仅完全颠覆了我们认识世界的方式,而且是反直觉的。它充满了难以解释的概念和实验结果。所以大量误解地出现,也是情理之中的。

量子计算也不例外,即便是在以惊人速度发展着,人们对量子计算机的工作原理和性能还是存在一些误解。毕竟,这些设备是基于量子力学原理的。

所以在这篇文章中,笔者会罗列出一些常见的,对于量子力学和量子计算的误解。欢迎大家在评论区交流、讨论、补充,因为产生误解并得到澄清,是开始掌握一门新技术的美好途径。

 

量子力学使一切皆可能

这是对于量子力学最大的误解,主要是由于叠加原理和量子理论的概率性质,导致出现了许多奇怪的现象。

量子力学允许理论上一些不可能的事情发生。例如,把球踢在一堵实心墙上,然后在墙上没有出现一个破洞的情况下,球直接穿过去了。

关于量子的7个常见误解-量子客
图1|量子随穿效应(来源:《量子杂志》)

而这类事件的发生是以量子效应作为依据的。所以这时候我们中的有些人就会做出大胆的声明:如果能够发生某些事情,那么只要它符合物理学定律,它最终就会实现。

这里的问题在于,许多人,无论是出于偶然还是故意,认为依靠这样的说法,任何事情都是有可能发生的。

使一些骗子和所谓的专家,在量子力学的基础上,为荒谬的主张自圆其说。而他们将他们忘记了,量子力学只是给出了一个非零的概率,这种概率是无法为谬论背锅的。

 

量子力学实在是太难啦

当然,撇开误解不谈,科学家们仍然没有完全掌握量子力学。事实上,没有人完全地理解量子力学,甚至是世界上最伟大的物理学家。

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图2|关于海森堡测不准原理的思考(来源:Medium)

这是因为我们已经接受了经典物理学所描述的世界。叠加、干涉、纠缠等量子力学有别于常识的思维,对我们来说是陌生的。

幸运的是,我们有能力进行实验并发展理论,以帮助我们了解和应用微观世界的特性。但请记住,下次你听到有人轻描淡写地使用“量子”这个术语时,请稍微持怀疑态度。

 

量子力学没有实际用途

量子力学可能是现代物理学中最有用的学科,一旦物理学家理解了光、原子和电子是如何工作的,就能够操纵它们。

激光、医院的核磁共振成像、发光二极管(LED)、闪存、硬盘——以及最重要的晶体管和电子器件——所有这些技术都是量子物理学家发明的。

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图3|量子力学应用的冰山一角(来源:网络)

 

量子计算机更快的原因

与经典计算机是由比特构成的方式类似,量子计算机也是由量子比特构成的。比特可以处于两种不同的状态之一,0或1,量子比特也可以处于这两种状态。

然而,作为量子系统,它们可以从叠加原理中获益,该原理使它们处于两者之间的任意状态。如0、1,或者是介于0和1之间的任意值。随着包含更多的量子比特,组合量子比特的可能状态的数量会迅速增加。

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图4|经典比特和量子比特(来源:网络)

被误解的地方就在于,是叠加使得极大的并行性成为可能,从而致使量子计算机比经典计算机更快。

量子比特在执行操作上是有局限性的,但尽管如此,它们比普通比特有更高的自由度。这就意味着它们在执行计算时,可以采用不同的路径 ,有时会带来惊人的速度提升。

而计算机完成计算任务的速度,其限制之一是完成任务所需的比特数或量子比特上的操作数。计算机科学家们一直在寻找取得结果的捷径,量子计算机允许他们走这些捷径。

最终,由于此,而不是并行性的增强,导致了量子计算机比经典的计算机更快。

 

量子计算机在所有任务上都比经典计算机快

通常,如果需要完成一项非常具体的任务,就会设计专门的处理器。例如,GPU是专为图像处理而设计的。

量子计算机最初的构想有一个非常明确的目的:作为一种工具,来模拟自然界超出经典计算机能力的场景。

随着时间的推移,人们发现它不仅仅能够用来模拟场景,它在大型整数分解方面做得非常好,这是经典计算机表现不佳之处。

但量子计算机不会在所有任务上都胜过经典计算机。它会做一些适度的改进,并以令人难以置信的速度进行其他工作,例如整数分解。

即使工作范围有限,如果我们希望确保数据和隐私的安全,它们也将从根本上改变我们对计算机安全的认识。

 

总有一天我们都会拥有量子计算机

制造一台功能性量子计算机的关键是保持量子比特的量子性质。

这些器件所开发的量子系统的特性,叠加和纠缠,是非常微妙的,普通的环境就足以破坏它们。

要让量子计算机工作,需要非常复杂的工程技术,来隔离量子比特,以确保它们尽可能不受外界影响。

最重要的是,创建量子比特并没有那么简单。

结果就是因为量子计算机是巨大的设备,所以需要高能运行,它们的应用程序范围也是有限的,这使得这些设备不适用于个人应用。

而量子计算机将会引起科学家、政府、私人公司和其他特殊群体的关注。那些有能力制造或购买量子计算机的企业,将通过云计算,为那些有兴趣的个人或公司,提供量子计算机的使用通道。

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图5|通过云使用量子计算机(来源:Medium)

 

量子计算机将破坏互联网安全

安全性是依赖于一些难题的,比如因式分解,使用一台经典计算机来破解一个2048位的密钥,大约需要一个国家15万年的发电能力。

然而,拥有大约10万个量子比特的量子计算机可以在几秒钟内完成这项工作。的确有点可怕,但是数学已经提供了新的方法来实现加密,是量子计算机,不能轻易破解的。

 

参考链接:

[1]https://medium.com/quantum1net/3-common-misconceptions-about-quantum-mechanics-eb52db0b8855

[2]https://medium.com/quantum1net/3-common-misconceptions-about-quantum-computing-5d93465ff153

[3]https://phys.org/news/2019-04-common-myths-quantum-physics.html

[4]https://blog.sciencemuseum.org.uk/quantum-computing-myths/

 

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:Sakura