在2018年的电影《复仇者联盟3:无限战争》中，有一个场景是斯特兰奇博士研究了1400万个可能的未来，以寻找英雄获胜的单一时间轴。也许有了量子计算机的帮助，他会过得更轻松。来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和澳大利亚格里菲斯大学(Griffith University)的一组研究人员构建了一个量子器件原型，可以在同时叠加量子的情况下产生所有可能的未来。
“当我们考虑未来时，我们面临着各种各样的可能性。”NTU助理教授Mile Gu解释说。他领导了支撑该模型的量子算法的开发。“随着我们深入研究这些可能性，这些可能性呈指数级增长。例如，即使我们每分钟只有两种选择的可能，在不到半小时的时间里就有1400万种可能的未来。在不到一天的时间里，这个数字就超过了宇宙中的原子数。”然而，他和他的研究小组意识到，量子计算机可以通过将它们置于量子叠加中来检查所有可能的未来——类似于著名的薛定谔的猫，它同时存在活着和死亡两种状态。
为了实现这一计划，他们与格里菲斯大学的Geoff Pryde教授领导的实验小组合作。该团队共同实施了一个专门设计的光子量子信息处理器，在该处理器中，一个决策过程的潜在未来结果由光子(光的量子粒子)的位置来表示。然后他们证明了量子器件的状态是多个潜在未来的叠加，由它们的发生概率加权。
“这个装置的功能受到诺贝尔奖得主Richard Feynman的启发。”新加坡团队成员Jayne Thompson博士说，“当Feynman开始研究量子物理学时，他意识到，当一个粒子从A点移动到B点时，它不一定遵循单一路径。相反，它同时与所有连接这些点的可能路径相交。我们的工作扩展了这种现象，并利用它对统计未来进行建模。”
该机器已经展示了一个应用程序——测量我们对当前特定选择的偏见对未来的影响程度。“我们的方法是综合各种偏见的所有可能未来的量子叠加。”实验团队成员Farzad Ghafari解释说，“通过相互干扰这些叠加，我们可以完全避免单独观察每一个可能的未来。事实上，许多当前的人工智能算法都是通过观察自身行为的微小变化如何导致不同的来结果来学习的，因此我们的技术可能会让量子增强的人工智能更有效地学习其行为的效果。”
该团队指出，虽然他们目前的原型同时模拟了最多16个未来，但基础量子算法原则上可以无限制地扩展。“这就是让这个领域如此令人兴奋的原因。”Pryde说，“它容易让人想起20世纪60年代的传统电脑。正如很少有人能想象20世纪60年代传统电脑的多种用途一样，我们对于量子计算机能做什么仍然一无所知。每一个新应用的发现都为他们的技术发展提供了进一步的动力。”
这项研究发表在即将出版的《自然通讯》杂志上。
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