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袁岚峰:什么是量子科技?都有哪些应用?
http://www.CRNTT.com   2020-10-19 14:32:26


 
  现代社会硕果累累的技术成就,几乎全都与量子力学有关。你打开一个电器,导电性是由量子力学解释的,电源、芯片、存储器、显示器的工作原理是基于量子力学的。走进一个房间,钢铁、水泥、玻璃、塑料、纤维、橡胶的性质是由量子力学决定的。登上飞机、轮船、汽车,燃料的燃烧过程是由量子力学决定的。研制新的化学工艺、新材料、新药,都离不开量子力学。

  三、量子信息——量子力学与信息科学的交叉学科

  既然量子力学出现已经超过了一个世纪,为什么最近在媒体上变得如此火热?回答是:量子力学与信息科学的交叉学科——量子信息。

  而量子信息跟经典信息相比有很大的优势。

  首先是一个显而易见的优势。前面比喻过:经典比特是“开关”,只有开和关两个状态,而量子比特是“旋钮”,有无穷多个状态。旋钮的信息量显然比开关大得多。

  还有一个稍微复杂一点的优势。一个包含n个经典比特的体系,总共有2ⁿ个状态。想知道一个函数在这个n比特体系上的效果,需要对这2ⁿ个状态都计算一遍,总共要2ⁿ次操作。当n很大的时候,2ⁿ是一个巨大的数字。指数增长是一种极快的增长,比n的任何多项式都快。比如说,2ⁿ比n的10000次方增长得还要快。

  但在欢呼之前,我们需要认清,这个巨大的优势并不容易利用。因为所有2ⁿ个结果是叠加在一起的,读取出来需要做测量,而一做测量就只剩下一个结果,其余的结果都被破坏了。所以我们只能把这个优势称为潜在的巨大优势,真要利用它,需要非常巧妙的算法。

  这样的算法只对少数的问题能够设计出来,后面会举一些例子,如“因数分解”。有些科普文章把量子计算机描写成无所不能,快成神了,这是重大的误解。量子计算机的强大,是与问题相关的,只针对特定的问题。 


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