加拿大總理vs.專家︰在35秒內解釋量子電腦

加拿大總理vs.專家︰在35秒內解釋量子電腦
Photo Credit: Andrew Harnik / AP Photo / 達志影像
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加拿大總理杜魯多早前回答記者提問時解釋何謂量子電腦,讓不少人驚訝。有媒體找來7位量子運算的專家,嘗試在同樣時間內解釋何謂量子電腦,以下是他們的答案。

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本月中加拿大總理杜魯多(Justin Trudeau)在出席圓周理論物理研究所(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的活動時,記者提問以「我原本打算問你關於量子運算…」作開場白,杜魯多卻認真解釋甚麼是量子運算,獲全場鼓掌。

雖然有人指出杜魯多在事前曾提到希望有人問他量子電腦如何運作,也有物理學教授認為事件反映人們應提升對政治人物的要求,不過無阻片段在網上熱傳。

加拿大媒體Maclean’s則找來7位量子運算的專家,讓他們嘗試在35秒——杜魯多回答的長度——內解釋甚麼是量子運算。即使其中一人(Aephraim Steinberg)認為「那是不能在35秒內解釋得好的事情」,他們都嘗試回答。

1. Barry Sanders(卡爾加里大學量子資訊科學研究所總監)︰

量子電腦基本上就是一部電腦,但它利用平行運算的量子特性,在解決某些問題時能比普通電腦快上許多。這種特性讓量子電腦能同時處理一個問題的所有可能性,其優勢在因數分解問題上特別顯著,對安全通訊有深遠影響。

2. Krysta Svore(微軟研究部門量子架構及運算小組高級研究員兼研究經理)︰

量子電腦透過量子效應加速運算,超越最強大的超級電腦。它們能帶領我們到遠超目前的境地,現時超級電腦計算一些問題需要極長時間——甚至比宇宙的壽命還要長,量子電腦可以加速至幾日甚至幾小時內解決。有量子電腦以後,我們有望找到製造人工肥料更有效的方法,對全球糧食生產有直接影響。我們也希望透過了解如何把二氧化碳從環境中提取,來對抗全球暖化。量子電腦給予我們真正改變世界的前景。

3. Scott Aaronson(麻省理工學院電子工程及電腦科學副教授)︰

量子電腦是一項理論上的設備,它利用量子力學去解決特定問題,例如找出一些大數字的因素,比起我們所知在現有的電腦快上許多。量子力學自1920年代開始已是物理學的基本框架,它推廣了機會率的規則。日常生活中,你不會談論-20%的機會,但量子力學是基於一些稱為振幅的數字,可以是正、負甚至複數。量子運算的目標是把東西編排好,使通往錯誤答案的路徑有正的振幅,其餘振幅則是負數,最終它們互相抵銷以致無法觀察到錯誤的答案。

Image Credit: Marie Bertrand / Corbis / 達志影像

4. Davide Venturelli(美國太空總署艾姆斯研究中心科學家)︰

當你從納米的尺度細看自然如何運作時,很多東西都會變得非常奇怪︰原子能同時在兩個位置,它們會互相纏結。量子運算的意念在於用物理學來做數學,利用上述在納米尺度出現的特性去處理資訊,比數位電腦快。我們嘗試以原子、激光或固態電路去製造一部量子電腦,可以編程來為物理實驗度身訂造,並運行演算法解決數學問題。

5. Martin Laforest(滑鐵盧大學量子運算研究所科學推廣高級經理)︰

量子運算特別之處在於我們真正改變了運算的規則。透過使用量子位元而非正常的位元,我們可以利用原子及分子世界的獨有現象,例如量子疊加及量子纏結。這提供了一個截然不同的運算環境,容許我們用比傳統電腦快上許多的方式去解決特定問題。量子電腦利用的其中一個有趣現象稱為量子干涉,例如我們可以設計量子演算法,使得任何通往錯誤答案的路徑互相干擾並抵銷,最終餘下來的可能性便會通往正確答案。

6. Murray Thom(D-Wave系統公司專業服務總監)︰

甚麼是量子電腦?當你想起電腦時,它的核心是一個會計算的處理器。量子電腦可以用量子力學去協助完成這些計算。傳統電腦都有量子力學參與在內,但它只能引起位元翻轉錯誤或漏電流,來影響你需要處理的資訊。所以當你設計一部電腦,配備利用量子力學來協助運算的處理器時,這就是它跟地球上其他電腦的分別。

7. Aephraim Steinberg(多倫多大學物理學教授以及量子資訊與量子控制中心成員)︰

以往我們相信所有電腦做的事基本上一樣,只是也許有些快一點。現在就我們所知,這是錯的。在量子世界中,資訊的表現跟在日常世界不同。如果一個系統——不論是一粒電子抑或一部電腦——能夠有兩種或100萬種狀態,它就能夠處於我們稱為「所有狀態的疊加態」,讓我們有更多空間去操控,嘗試得出所需結果。就像你是Houdini(編按︰著名魔術師及逃脫表演者)嘗試解鎖逃離水箱,假如你雙手可以任意移動,便會比起扣上手銬更有效率去完成表演。這不只是移動得更快的問題,也是用不同方式移動的問題。

最後少不免跟杜魯多(稱不上是個專家)比較︰

正常的電腦運作是,要麼有電通過電線,要麼不。那是1或0,他們是二元的系統。量子態容許複雜得多的資訊以單一位元編碼。一個正常的電腦位元只能是1或0——開或關。一個量子態能夠遠遠複雜得多,因為就我們所知,東西可以同時是粒子又是波,而量子態周圍的不確定性,讓我們把更多資訊放進更小的電腦中編碼。這是量子運算令人振奮之處。

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