到目前为止,未来主义的大多数读者可能都非常熟悉这个概念(和梦幻般的承诺)量子计算。
对于那些不知道的人来说,这个想法相当(!)简单:利用在量子尺度上运行的三个非常不寻常的特征——电子既可以是粒子,也可以是波,物体可以同时存在于许多地方,即使相隔很远,它们也可以保持瞬时连接(这一特性称为“')。
尽管经典计算利用二进制位(1 和 0)来编码信息,使用“量子位”——既可以是 1 也可以是 0 的量子位。或者可能是一,但也可能是零。或者 1 和 0 的概率为 50-50。你明白了。
现在,这种不寻常的特性与纠缠一起使得实现前所未有的并行处理能力,这意味着执行计算并解决传统计算机甚至无法理解的问题。
但有一个问题:事实证明,建造大型量子计算机非常困难。构造最多几个量子比特的处理器相对简单;但是扩展到像当今最大的超级计算机这样大的东西意味着牺牲你最初想要的那些量子特性。
现在,在发表于的一项研究中自然通讯来自布里斯托大学和西澳大利亚大学的研究人员证明,即使只有几个量子位的原始量子处理器也可以执行重要的计算。
“量子行走”
使用在 2 量子位光子量子处理器上构建的简单量子电路,研究人员能够在某些高度专业化的问题上超越经典计算机。
“我们工作的一个令人兴奋的成果是,我们可能发现了量子行走物理的一个新例子,我们可以用原始量子计算机观察它,否则经典计算机无法看到,”乔纳森·马修斯说的量子光子学中心。 “这些隐藏的特性具有实际用途,也许可以帮助设计更复杂的量子计算机。”
“量子行走”是以下事物的量子力学版本布朗运动,它描述了悬浮液中粒子的运动,以及“醉酒水手的随机行走”,即一个令人震惊的醉酒者可以转向的所有可能的方向,以及他可以从 A 点到达 B 点的许多不同方式。
换句话说,简单的量子处理器擅长计算随机性,考虑到量子世界的随机性,这并不特别令人惊讶。
因此,这项新研究将有助于设计新的量子算法,或许还能为如何构建更大的量子计算机提供一些线索。
例如,规避“规模化”问题的一个有前途的方法是重新思考整个问题——而不是像经典计算那样建造巨大的机器,解决方案可能是简单地将大量较小的量子处理器组合在一起,这仍保持所需的量子效应。
与此同时,即使是这些小型 2 量子比特机器也在执行有用的工作。
“这就像粒子可以并行探索空间。这种并行性是量子算法的关键,它基于量子行走,可以比我们目前更有效地搜索巨大的数据库,”参与该实验的布里斯托尔博士生Xiaogang Gang解释道。