央視網(wǎng)消息：“美國軍方將量子計(jì)算視為太空戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵武器”，這是美國太空網(wǎng)7月15日的一篇報(bào)道的標(biāo)題。幾周前，五角大樓高級(jí)官員已經(jīng)開始與科學(xué)家一起討論美國軍方量子計(jì)算的未來。量子計(jì)算是什么？為什么美國對(duì)它嚴(yán)陣以待？

2018年6月27號(hào)，美國眾議院科學(xué)、太空和技術(shù)委員會(huì)通過了“國家量子計(jì)劃法案”，宣布將在2019年-2023年投資13億美元，進(jìn)行國家級(jí)的量子技術(shù)研究。

資料圖

2017年11月10號(hào)，美國IMB公司宣布，已經(jīng)成功研發(fā)20位量子比特的量子計(jì)算機(jī)。此外，IBM還成功開發(fā)出了世界上首臺(tái)50位量子比特的原型機(jī)。

如果說在20世紀(jì)，超級(jí)大國掌握了核子技術(shù)，就能獲得全球霸權(quán)。那么在21世紀(jì)，掌握了量子技術(shù)的大國，則被美國加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家普雷斯基爾稱為掌控了“量子霸權(quán)”。

1936年，“計(jì)算機(jī)科學(xué)之父”艾倫·圖靈向倫敦權(quán)威的數(shù)學(xué)雜志投了一篇論文，題為《論數(shù)字計(jì)算在決斷難題中的應(yīng)用》，論文中提出了一種可以輔助數(shù)學(xué)研究的理想化計(jì)算模型，后來被稱為圖靈機(jī)。利用純數(shù)字符號(hào)0和1排列組合，和實(shí)體世界之間建立了聯(lián)系，后來這個(gè)概念被應(yīng)用到計(jì)算機(jī)上，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的核心。

圖靈機(jī)

80多年過去，雖然計(jì)算機(jī)變得越來越小，越來越快，內(nèi)存越來越大，但是基礎(chǔ)核心一直保持不變。直到2010年，一家坐落于加拿大溫哥華的公司D-Wave，推出了全球第一款商用量子計(jì)算機(jī)D-Wave One，為它贏得了“革命”的稱呼。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)使用二進(jìn)制數(shù)據(jù)的最小單位“比特”來處理信息。每個(gè)比特代表二進(jìn)制的一個(gè)位數(shù)，可以代表0或者1。這些0和1就像開關(guān)一樣，最終構(gòu)成計(jì)算數(shù)據(jù)，來進(jìn)行一個(gè)簡單的運(yùn)算。比如解開一個(gè)迷宮，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)會(huì)一次一個(gè)地嘗試每一個(gè)可能的路線，最終找到正確的那個(gè)。量子計(jì)算的方法則截然不同，量子計(jì)算機(jī)使用量子比特，利用量子物理中的“量子疊加”和“量子糾纏”兩個(gè)原理進(jìn)行運(yùn)算。而量子比特與電子比特相比，具有模糊性。也就是物理學(xué)上常說的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)“薛定諤的貓”。

為了更好地理解量子計(jì)算機(jī)如何運(yùn)作，讓我們舉一個(gè)生活中的例子。想象有一個(gè)圖書館，我們?cè)趫D書館里挑了一本書，在書的其中一頁紙上打一個(gè)叉，然后把書合上。之后我們要求傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)找到書中這個(gè)叉。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)會(huì)一頁一頁查看，很快就能找到畫叉那頁。但是如果計(jì)算機(jī)不知道這個(gè)叉在哪本書上，它必須查看每一本書的每一頁紙，就會(huì)花費(fèi)很長時(shí)間。如果它是在世界上所有幾百萬本書里找那頁紙上的那一個(gè)叉，這會(huì)花費(fèi)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)幾個(gè)世紀(jì)時(shí)間，幾乎不可能實(shí)現(xiàn)。但是如果有量子計(jì)算機(jī)的話，就完全不一樣了。因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)搜索所有書里的所有頁，能在幾秒的時(shí)間內(nèi)找到這個(gè)叉。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上的運(yùn)行技術(shù)可以熟練地找到深埋在海量信息中的規(guī)律，但是量子計(jì)算機(jī)可以在沒有足夠信息或者解決方案過多，而無法找出規(guī)律的時(shí)候給出答案。

量子計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在運(yùn)行上的巨大差別，讓它能夠進(jìn)行傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)做不到的運(yùn)算，它甚至還能夠解決一些現(xiàn)在最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)也不能解決的的復(fù)雜問題。

安德魯·福爾斯曼和蘭登·唐斯在6年前創(chuàng)建了1Qbit初創(chuàng)公司，召集全球“最強(qiáng)大腦”來建造量子軟件。這一設(shè)想正在一步一步實(shí)現(xiàn)。福爾斯曼表示，量子計(jì)算機(jī)有可能在未來模擬人類世界。

在美國科幻劇《西部世界》中，通過復(fù)制和模擬人的思維，從而制造出仿生人來延續(xù)自身生命。更為精妙的是，這種模擬和復(fù)制并不是固定不變的，而是有可能隨機(jī)發(fā)生輕微的瑕疵。而物種的起源和進(jìn)化也是由于遺傳過程中產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的“瑕疵”而發(fā)生的。這也是機(jī)器和人類的關(guān)鍵不同。

有了量子技術(shù)，一切皆有可能。

然而，量子效應(yīng)的發(fā)生條件是非常嚴(yán)格的，需要用液氦將量子芯片冷卻至接近絕對(duì)零度，也就是約等于零下273.15攝氏度的環(huán)境下才能穩(wěn)定運(yùn)行。

未來，量子計(jì)算技術(shù)帶給人們的便利不僅僅體現(xiàn)在生活中，還會(huì)在軍事上做出貢獻(xiàn)。

加拿大超級(jí)隱形生物科技公司聲稱已經(jīng)研發(fā)出一種“量子隱形衣”，就像哈利·波特穿的隱身斗篷一樣，能使穿戴者瞬間“消失”在人們的視線中。這種偽裝材料可以使光線彎曲，不僅能“騙”過肉眼，在軍用夜視鏡、紅外線和熱成像技術(shù)的探測(cè)下，也能成功隱身。加拿大超級(jí)隱形生物科技公司的偽裝材料一經(jīng)曝出，很快得到美國軍方認(rèn)可，并給予該公司大量資金支持用于后續(xù)研發(fā)。

目前，多國已經(jīng)展開對(duì)量子計(jì)算技術(shù)的研究。

2016年8月16日，中國成功發(fā)射“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。美國太空網(wǎng)報(bào)道稱，該衛(wèi)星采用量子保密通信技術(shù)，成為“無法被攻擊”的衛(wèi)星。

英國則正在計(jì)劃一項(xiàng)耗資4億美元、基于量子技術(shù)的傳感和定時(shí)項(xiàng)目；歐盟的一個(gè)類似項(xiàng)目預(yù)計(jì)將在10年內(nèi)投資10億美元；加拿大、澳大利亞和以色列也有相當(dāng)規(guī)模的計(jì)劃。

20世紀(jì)90年代初，美國威奇塔州立大學(xué)物理學(xué)教授伊麗莎白·貝爾曼開始研究量子物理與人工智能的結(jié)合。但是當(dāng)時(shí)大多數(shù)人對(duì)此表示質(zhì)疑。如今，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)已成為最具顛覆性的技術(shù)。它們不僅出現(xiàn)在人類不擅長的任務(wù)上，如數(shù)據(jù)挖掘等方面，也開始出現(xiàn)在人類擅長的任務(wù)上，比如面部識(shí)別等。這意味著人工智能的“擬人化”。如果量子計(jì)算得到運(yùn)用，將徹底解決人工智能面臨的各種問題，未來的量子戰(zhàn)爭(zhēng)將真正挑戰(zhàn)人類的大腦。