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量子纠缠在量子计算机中的作用 量子计算机的强大 为什么需要量子纠缠

时间:2020-02-15 07:28:40

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量子纠缠在量子计算机中的作用 量子计算机的强大 为什么需要量子纠缠

如果不用量子纠缠,量子计算机就没有优势可言了。

很多人都知道,量子计算机的好处就是它算得快,比经典计算机快得多。为什么算得快呢?常见的解释像这样:

中国有一个寓言,叫“杨子见歧路而哭之”。杨朱听说有一只羊在道路分叉的地方走失了,不知道走哪条路去寻找,难过的哭了。传统计算机解答问题也是这种套路:只能是先走一条路,然后再走另外一条路,做不到两条路一起走。

量子计算机,则不一样了,它可以像孙悟空变出很多个小孙悟空走不同的路一样,搞平行计算。这就相当于,一台计算机,一下子化身成千千万台台计算器,同时开工做算术题。

但是我需要强调一下,这种解释是大大简化的,遗漏了一些非常重要的点。这个解释唯一正确的地方,是说明量子计算机的优势在于并行计算。但量子计算机如何实现并行计算,这个比喻就约等于什么都没说了。

实际上,量子计算机的并行计算,并不是随随便便就能做到的,而是需要巧妙的算法设计。典型的办法是这样:

对n个量子比特的体系,使每个量子比特都处于自己的|+> = (|0> + |1>)/√2态,那么整个体系的状态就是|++…+> = (|00…0> + |00…1> + … + |11…1>) /2^(n/2)。

量子比特

仔细看看你会发现,0和1的所有长度为n的组合都出现在其中,总共有2^n项,刚好对应n个经典比特的2^n个状态。对这个叠加态做一次操作,得到的就是所有2^n个结果的叠加态。量子比特的一次操作,就达到了经典比特2^n次操作的效果!

在这个意义上,量子计算机实现了并行计算。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2^n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,例如“因数分解”。有些科普文章把量子计算机描写成无所不能,都快成神了,这是重大的误解。

一定要牢记:量子计算机的强大,是与问题相关的,只针对特定的问题。

现在你明白了吧,如果不用到纠缠态,只用n个量子比特各自的状态,你能做的事就非常少,这样的量子计算机跟经典计算机没有原理性的区别,而且由于成本更高,还会更不好用。所以,真正意义的量子计算机一定要用到量子纠缠。

第一,有点计算机知识的人都知道,计算机是用0和1来表示两种截然不同的确定状态的。如果粒子自己都处于不确定状态,它如何能表示确定的0和1?

第二,纠缠的粒子,状态一定相关,相关的状态当然就不独立,不独立的东西,就相当于相关状态的拷贝,怎么能表示更多的信息?怎么能进行不同的运算?

第三,所谓并行,是指将一个任务分解后,多个处理器同时完成不同的运算。我们且不谈有没有纠缠,就算有,这些粒子的状态是相关的,也就是说它们实际上是在做着同样的事情,相当于多个处理器在重复着同一个运算,这是并行运算吗?最多是重复运算!

第四,信息是需要存储的,谁能储存光子?

第五,无论叠加还是纠缠,都是以获得、控制和测量单个光子或粒子为基础的。谁能获得并精准控制和测量单个粒子或光子?

第六,两个经典比特,能够表示四种数字状态,但它某一时刻只能处于四种状态中的一种,处于哪种状态,由要表示的具体数字决定。如果两个量子比特能同时表示四种状态,相当于我还没告诉它表示什么数字,它就表示出了所有的数字状态,那它就和我要表示的数字无关了。当我想让它表示某个数时,它如何和我要表示的数相联系呢?

一切以叠加态和纠缠为基础的量子通讯和量子计算都是骗人的。

为什么会出现这样的局面呢?因为量子力学从一开始就误入歧途、大错特错了。

实验测得的多种状态,不是一个粒子同时处于多个状态,那是大量粒子中,不同的粒子处于不同的状态。更不是什么测量造成坍塌。把测量和规律联系起来,是百年来科学史上的一大笑话。难道随着测量技术的提高,规律会随之改变?难道在人类还没有学会测量时,没有规律?

这个世界不存在叠加态,没有什么东西能同时既在这儿,又在那儿。没有什么东西能既在这儿同时又不在这儿。最多是一会儿在这儿,一会儿在那儿。或者是不同的粒子有在这儿的,也有在那儿的!

PS:未经同意(图片来源网络)

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