如何設(shè)計量子計算機?科學(xué)家稱其速度存在理論上限
據(jù)國外媒體報道,過去50年間,標(biāo)準(zhǔn)計算機處理器的速度不斷提升。但近年來,這項技術(shù)的局限逐漸開始顯露:芯片已經(jīng)無法做得更小,元件也無法排得更緊,否則就會因重疊而短路。如果各大公司想繼續(xù)提高計算機速度,就必須做出某些改變。 量子物理可謂是未來的一大希望。量子計算機的速度預(yù)計將遠超信息時代的任何發(fā)明。但一項近期研究顯示,量子計算機自身同樣存在局限,并提出了一些突破這些局限的方法。 理解的局限 在物理學(xué)家看來,人類生活在所謂的“經(jīng)典”世界中。大多數(shù)人僅稱之為“世界”,并憑著本能理解物理現(xiàn)象。比如將球拋向空中,它一定會沿著拋物線軌跡落地。就算是在更復(fù)雜的情況下,人們對物體運作的原理依然一知半解。大多數(shù)人只知道汽車通過內(nèi)燃機燃燒汽油產(chǎn)生能量,然后通過齒輪與軸承轉(zhuǎn)動輪胎,使汽車向前行進。 按照經(jīng)典物理學(xué)法則,上述過程必然存在理論局限,但這種上限高得難以企及。例如,我們知道汽車永遠無法超越光速。無論地球上有多少燃料,也無論路有多長、建造工藝有多強,車速甚至連光速的十分之一都達不到。 人類永遠無法達到實際的物理上限,但這些上限的確存在,并可以通過研究計算出來。不過,研究人員最近隱隱約約地意識到,雖然量子物理也存在局限,但卻不知道如何將其運用到真實世界中。 海森堡不確定性原理 物理學(xué)家認(rèn)為量子理論最早提出于1927年。當(dāng)時德國物理學(xué)家維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)發(fā)現(xiàn),經(jīng)典物理學(xué)對極小的物體(即單個原子級別)并不適用。例如,如果把一個球拋向空中,很容易判斷球所處位置和運動速度。但海森堡指出,對原子和亞原子粒子而言,這是行不通的。觀察者要么只能看到它的位置,要么只能判斷它的運動速度,但無法同時獲得兩項信息。 意識到這一點令人頗為不安。自從海森堡解釋了這一概念,愛因斯坦和其他科學(xué)家就感到十分不快。要知道,這種“量子不確定性”并非由測量設(shè)備或工程缺陷導(dǎo)致,而是和我們大腦的運作方式有關(guān)。我們已經(jīng)習(xí)慣了“經(jīng)典世界”的運作規(guī)律,因此“量子世界”的物理機制難免超出了我們的接受范圍。 |