量子電腦不只存在於科幻小說中,而是越來越接近現實世界。而量子理論的應用則遠超過計算領域。通過量子理論,人們還將有機會在微觀和宏觀世界之間架設橋樑,用科學來證實中國傳統文化中的「天人合一」理念。

美國科學家構建出第一部可編程的量子電腦。它僅由5個原子組成。而這被視為邁向製造出實用價值量子電腦的重大一步。

激光操作實現外部編程

據《自然》期刊報道,美國馬利蘭大學研究員沙塔木.德布納特等人展示了一個可編程的微型量子電腦,用儲存在5個離子陷阱中可通過激光控制量子態的5個原子離子充當量子單元進行計算。原則上,這種結構可擴展至更多量子單元。

以前其它組織製作的小型量子計算裝置只能解決單個問題,而且需要複雜的物理學編程步驟。這部量子電腦則一次可完成3項運算。科學家稱之為「模塊(module)」,使用不同波長的激光來開合量子單元的邏輯門,從而可以從外部改變算法,即所謂的「可編程」。而基本運算的精確率約達98%。德布納特說:「目前沒有其它量子計算裝置具有這種靈活的特點。」

研究者還在嘗試增加量子計算單元至100個,希望其操作功能像智能手機那樣簡單,無須複雜的量子編程。研究主持者克里斯托弗.蒙羅說:「對於任何電腦而言,使用者無須知道電腦內部的事情。幾乎沒人關心iPhone在執行功能時,機器內部的具體運行情況。」

量子計算或衝擊雲端存儲

量子力學描述的是在單個原子或次原子粒子尺度上,物質與能量行為和相互作用。量子現象包括量子疊加和量子糾纏。利用這些特性來處理信息,將量子現象和信息科學結合,能為諸多領域帶來獨特而令人期待的新機會,包括測向、計量、導航、通信、基礎物理、模擬及計算等。

澳洲科技網站科學警示稱,量子電腦的功能比傳統電腦更強大。傳統電腦的算法基礎是0或1的狀態,而量子電腦則是量子單元,不僅含有0或1,而且還有0和1共同存在的狀態,所有單元可同時完成邏輯運算。因此,量子電腦的計算速度更快。簡單的理解就是,普通電腦只能按時間順序一個個解決問題,而量子電腦能同時解決多個問題。

數據量越大,量子算法在時間複雜度上的優勢就越明顯。而量子算法對雲端存儲行業則多少會有些打擊。目前各個有能力的政府都在靜悄悄研究量子計算,以便即時破解重要的加密文件。只要這個技術成熟,任何存儲在第三方的雲端數據都變得不安全。哪怕是加密存儲,也可在轉眼間被破解。

量子理論應用範圍廣泛

除量子計算外,量子理論在通訊領域也具有顛覆意義。由於一個量子單元的行為能瞬間影響另一個量子單位,這樣的特性意味著不可能實現對一個未知量子單元的精確複製。因為一旦信息被挾持,量子會自動發生變化。這使通訊的接收者因此能察覺,而偷窺者也看不到原貌。將這樣的通訊技術運用於軍事、金融領域,將對信息安全提供更好的保障。

量子信息科學還推動測向和計量學發展。用於慣性導航的原子干涉計也可作為比重計使用,包括對地球系統檢測或確定地下礦藏的位置。利用金剛石點缺陷的磁強計既可在人體周圍使用,也能在工業或軍事所需的極端環境中運行。量子模擬器使用易控的量子系統來調查其它難以直接研究的屬性,如複合材料的計算等問題往往受限於傳統高性能電腦的固有能力。◇

人的大腦被視為最精密的量子電腦,但量子理論仍不足以解釋思維的產生。(Fotolia)
人的大腦被視為最精密的量子電腦,但量子理論仍不足以解釋思維的產生。(Fotolia)

對量子計算普遍誤區

1、能同時儲存0和1

量子單元能寫入無限信息,但只能讀取0或者1。

2、可做傳統電腦無法做的事

對無法在有限時間內計算的問題,量子電腦也無法解決。

3、更快

目前量子電腦的運算仍取決於算法。

4、已面世

目前推出的產品不是通用機,研製則處於最初級的開關電路階段。

5、是不確定系統

量子電腦的計算結果是隨機的,但計算過程中整個量子系統任何時間的狀態都是確定的。◇