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量子計算機的強大,為什麼需要量子糾纏?

如果不用量子糾纏,量子計算機就沒有優勢可言了。

很多人都知道,量子計算機的好處就是它算得快,比經典計算機快得多。為什麼算得快呢?常見的解釋像這樣:

中國有一個寓言,叫「楊子見歧路而哭之」。楊朱聽說有一隻羊在道路分叉的地方走失了,不知道走哪條路去尋找,難過的哭了。傳統計算機解答問題也是這種套路:只能是先走一條路,然後再走另外一條路,做不到兩條路一起走。

量子計算機,則不一樣了,它可以像孫悟空變出很多個小孫悟空走不同的路一樣,搞平行計算。這就相當於,一台計算機,一下子化身成千千萬台台計算器,同時開工做算術題。

但是我需要強調一下,這種解釋是大大簡化的,遺漏了一些非常重要的點。這個解釋唯一正確的地方,是說明量子計算機的優勢在於並行計算。但量子計算機如何實現並行計算,這個比喻就約等於什麼都沒說了。

實際上,量子計算機的並行計算,並不是隨隨便便就能做到的,而是需要巧妙的演算法設計。典型的辦法是這樣:

對n個量子比特的體系,使每個量子比特都處於自己的|+> = (|0> + |1>)/√2態,那麼整個體系的狀態就是|++…+> = (|00…0> + |00…1> + … + |11…1>) /2^(n/2)。

量子比特

仔細看看你會發現,0和1的所有長度為n的組合都出現在其中,總共有2^n項,剛好對應n個經典比特的2^n個狀態。對這個疊加態做一次操作,得到的就是所有2^n個結果的疊加態。量子比特的一次操作,就達到了經典比特2^n次操作的效果!

在這個意義上,量子計算機實現了並行計算。但在歡呼之前,我們需要認清,這個巨大的優勢並不容易利用。因為所有2^n個結果是疊加在一起的,讀取出來需要做測量。而一做測量就只剩下一個結果,其餘的結果都被破壞了。所以我們只能把這個優勢稱為潛在的巨大優勢,真要利用它,需要非常巧妙的演算法。

這樣的演算法只對少數的問題能夠設計出來,例如「因數分解」。有些科普文章把量子計算機描寫成無所不能,都快成神了,這是重大的誤解。

一定要牢記:量子計算機的強大,是與問題相關的,只針對特定的問題。

現在你明白了吧,如果不用到糾纏態,只用n個量子比特各自的狀態,你能做的事就非常少,這樣的量子計算機跟經典計算機沒有原理性的區別,而且由於成本更高,還會更不好用。所以,真正意義的量子計算機一定要用到量子糾纏。

第一,有點計算機知識的人都知道,計算機是用0和1來表示兩種截然不同的確定狀態的。如果粒子自己都處於不確定狀態,它如何能表示確定的0和1?

第二,糾纏的粒子,狀態一定相關,相關的狀態當然就不獨立,不獨立的東西,就相當於相關狀態的拷貝,怎麼能表示更多的信息?怎麼能進行不同的運算?

第三,所謂並行,是指將一個任務分解後,多個處理器同時完成不同的運算。我們且不談有沒有糾纏,就算有,這些粒子的狀態是相關的,也就是說它們實際上是在做著同樣的事情,相當於多個處理器在重複著同一個運算,這是並行運算嗎?最多是重複運算!

第四,信息是需要存儲的,誰能儲存光子?

第五,無論疊加還是糾纏,都是以獲得、控制和測量單個光子或粒子為基礎的。誰能獲得並精準控制和測量單個粒子或光子?

第六,兩個經典比特,能夠表示四種數字狀態,但它某一時刻只能處於四種狀態中的一種,處於哪種狀態,由要表示的具體數字決定。如果兩個量子比特能同時表示四種狀態,相當於我還沒告訴它表示什麼數字,它就表示出了所有的數字狀態,那它就和我要表示的數字無關了。當我想讓它表示某個數時,它如何和我要表示的數相聯繫呢?

一切以疊加態和糾纏為基礎的量子通訊和量子計算都是騙人的。

為什麼會出現這樣的局面呢?因為量子力學從一開始就誤入歧途、大錯特錯了。

實驗測得的多種狀態,不是一個粒子同時處於多個狀態,那是大量粒子中,不同的粒子處於不同的狀態。更不是什麼測量造成坍塌。把測量和規律聯繫起來,是百年來科學史上的一大笑話。難道隨著測量技術的提高,規律會隨之改變?難道在人類還沒有學會測量時,沒有規律?

這個世界不存在疊加態,沒有什麼東西能同時既在這兒,又在那兒。沒有什麼東西能既在這兒同時又不在這兒。最多是一會兒在這兒,一會兒在那兒。或者是不同的粒子有在這兒的,也有在那兒的!

PS:未經同意不得轉載(圖片來源網路)


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