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2016 年 3 月 31 日,加拿大總理特魯多在華盛頓商會發表演講。有記者打趣問特魯多關於量子計算機學的問題,但擔心造成尷尬,隨即把問題轉向「伊斯蘭國」(ISIS)。不過,特魯多出乎眾人所料,準確講出量子計算機學的定義,他說:「普通計算機的運作是二進制系統,要麼是 0,要麼是 1。量子狀態則複雜得多,因為我們知道物質可以同時是粒子和波,量子狀態不確定的特性,使我們在較小的計算機內將更多訊息編成代碼。」讓全場人士驚訝。

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量子計算是最深奧的計算。通常來說,這樣一項複雜、試驗性的技術都掌握在 Google、NASA 等巨頭中,但未來這種現狀或許要發生變化了。

據《連線》雜誌報導,IBM 今天發布了一項免費的量子計算雲服務,讓所有人都可以使用其五量子位量子計算機。這台量子計算機由 IBM 位於紐約市約克敦海茨實驗室的研究員研發,用戶在接入互聯網的前提下, 只需要利用一個簡單的軟體接口就可以訪問該量子計算機。這個新服務日後或將成為消費者日常都會使用到的,但對背後致力於構建一個實用的量子計算機的研發人員來說,這是破天荒的大事。在這個意義上說,IBM 又為人類量子計算的進步做出了貢獻。

雖然 IBM 這麼做很明顯是想秀一秀自家的量子計算機,但如亞琛工業大學量子訊息研究所教授、量子計算機研究先驅 David DiVincenzo 所言,隨著研究員努力尋求解鎖該技術的新領域時,包括從了解 DNA 序列到股票市場預測,開放量子計算機雲服務確實能夠給外界帶來更多,它可以幫助我們更深入地了解量子計算機。

研究實用性量子計算機的過程中,有些人旨在模擬單個分子相互作用的方式,而另一些人則希望將量子計算機研究擴展至人工智慧領域的機器學習。Google 和 NASA 那台總值上千萬美元的 D-Wave 量子計算機要做的事情,雖然這台機器的爭議仍然存在,但它至少在某些情況下表現出了量子屬性。

  • 遇見量子位

今天的計算機都把數據儲存在極微型的晶體管當中。每個晶體管可以容納一個「比特」的訊息:1 或 0。但大約在三十年前,科學家提出了一種機器計算概念,它可以超越二進制系統,可以將數據儲存在根據神奇的量子力學原理打造的系統當中。不僅是 0 或 1,一個「比特」訊息有可能同時是粒子和波,同時儲存——這就是所謂的疊加原理。

同樣地,兩個比特單位可以同時容納 4 個值:00,01,10 和 11。而且,如果你繼續添加量子位,理論上說就可以創建起一個比今天任何計算機都要強大的存在。「這些事情是你不能用普通邏輯來解釋,」前耶魯大學研究員,如今幫助監督 IBM 量子計算工作的 Jerry Chow 表示,「量子計算和量子算法的問題都是:你將要怎麼利用它們呢?」

但這樣的超級機器還不存在。現在看來,量子位還是不穩定的東西。如果你試圖觀察量子系統的狀態,它們會「散屑(使檢波器恢復常態) 」,陷入另一種狀態,而且不再擁有 0 和 1,而是只有 0 或 1,就像今天的傳統計算機。要建造一個真正的量子計算機,研究人員必須抓住量子位從一個狀態散屑進入另一個相對的狀態的機會。

  • 穩定:每次測試的結果都相同

這樣做的方法有很多,雖然沒有真正攻克了這個難題,但部分方法還是很有希望的。IBM 已經建立起一個將超導電路下放到巨型零度以下大冰箱的量子計算機,並擴展到五量子位。但是現在,IBM 希望加快進度,今早將計算能力推上 50 甚至 100 個量子位。因而決定與世界共享這台機器。

滑鐵盧大學量子計算研究所教授 David Cory 表示,這種在線的量子計算機——一個量子云服務是前所未有的。建立這樣一個服務,比你預期的要困難得多。

他補充說,IBM 所做的是對的。該服務的界面易於使用,「任何對量子計算機有所了解的學生都知道如何與這個設備交互。」

Cory 週末對 IBM 這個新服務進行了試用,讓他吃驚的是:這個系統相當穩定——每一次測試它幾乎都得到了相同的結果。這在傳統計算機中是個尋常的現象,但在基本都是圍繞捕獲概率展開的量子計算機世界中,結果的穩定一致就意味著標誌性的進步。

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