量子计算机预测未来,太厉害了吧？这台量子计算机能预测16种不同的未来！

谷恩启动了他的新量子计算机电脑，可以预见未来，在同一时间至少有16种可能的未来。谷恩是新加坡南洋理工大学物理学助理教授，从事量子计算工作。这门科学运用了控制宇宙中最小粒子的奇怪定律来帮助计算机更有效地计算。与传统计算机以比特(0或1的二进制数字)的形式存储信息不同，量子计算机将信息编码为量子比特或量子位。由于量子力学的奇异定律，这些亚原子粒子可以同时存在于两种不同状态的叠加中。

正如薛定谔假想的猫在有人打开盒子之前同时是死的和活的一样，一个叠加的量子位元在被测量之前可以同时等于0和1。与传统计算机相比，将多个不同的结果存储在一个量子位元中可以节省大量内存，尤其是在进行复杂预测时。表在《自然通讯》(Nature Communications)上的一项研究中，谷恩和同事用一种新的量子模拟器证明了这一观点。这种模拟器可以预测16种不同未来的量子叠加结果(相当于连续抛硬币四次)。

这些可能的未来被编码在一个光子(光的量子粒子)中，它同时沿着多条路径移动，同时通过几个传感器。然后，研究人员更进一步，并排发射两个光子，并跟踪每个光子的潜在未来在略有不同条件下是如何发散的。这有点像电影《复仇者联盟:无限战争》中的奇异博士，在电影高潮迭起的战斗之前，这位有先见之明的博士期待着看到1400万个不同的未来，希望能找到一个英雄打败灭霸这个大坏蛋的未来。他综合考虑了所有这些可能性，然后说，‘好吧，如果我以这种小的方式改变我的决定，未来会发生多大的变化？

微小光粒子可以同时以许多不同的状态叠加在一起运动，研究人员利用这种量子怪癖设计了一台原型计算机，可以同时预测16种不同的未来。图片：Sergei Slussarenko/Griffith University

这是现研究模拟正在朝着的方向前进，研究人员使用一种经典的模型——扰动硬币来测试他们的量子预测引擎。想象有一个盒子，里面是一枚硬币，在这个过程的每一步，都会有人轻轻摇动盒子，所以硬币投掷的概率很小。与传统的抛硬币游戏不同，在传统的抛硬币游戏中，结果总是有相同的机会要么是正面要么是反面，每次扰动抛硬币的结果取决于前一步硬币所处的状态。例如，如果硬币在第三次摇盒子的时候从正面摇到反面，那么第四次摇的时候很可能仍然是反面。

研究人员进行了两种不同版本的硬币实验，一种是盒子摇晃得更厉害，另一种是摇晃得更弱。在每个实验中，盒子被摇动四次，提供了16种可能的正面和反面组合。在第四步之后，研究小组将所有16种结果叠加在一个光子中，同时根据盒子被震动的强度显示出每种可能结果的概率。最后，研究小组将强摇硬币和弱摇硬币的叠加物组合在一起，创建了一张未来可能的主图。谷恩说：这向我们展示了未来走势分化的速度，这取决于我每一步的力度。目前计算能力限制，意味着团队的模拟器一次只能看到16种可能的未来。

然而，总有一天，随着量子计算机变得更大、更强大、更普遍，像这样的模拟器可以同时看到无限多的未来。这可能有助于天气预报或在股市进行更明智的投资。它甚至可以帮助改善机器学习，这完全是人工智能教自己做出越来越好的预测。这一切都是“高度探索性的”，需要进行大量的进一步实验，才能弄清量子模拟器的所有应用，这台“千里眼”电脑命运是一个仍然是个谜的未来。

博科园-科学科普｜文: Brandon Specktor/Live Science

参考期刊文献:《自然通讯》

10.1038/s41467-019-08951-2

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