有奇異博士預測的多嗎？科學家造機器產生未來可能的量子疊加！

還記得在2018年上映的電影《復仇者聯盟3:無限戰爭》中，有一個場景是奇異博士研究1400萬種可能的未來，尋找英雄們獲勝的單一時間軸嗎？也許有了量子計算機的幫助，他會過得更輕鬆。來自新加坡南洋理工大學(NTU Singapore)和澳大利亞格里菲斯大學(Griffith University)的一組研究人員構建了一個量子設備原型，可以在同時疊加量子的情況下產生所有可能的未來。新加坡南大的助理教授谷美利(Mile Gu)解釋說：當我們思考未來時，我們面臨著大量的可能性。

博科園：Mile Gu領導了支撐該模型的量子演算法開發。例如，即使我們每分鐘只有兩種選擇的可能，在不到半個小時的時間裡，有一千四百萬種可能的未來。不到一天，這個數字就超過了宇宙中原子的數量。然而研究小組意識到，量子計算機可以通過將所有可能的未來放在量子疊加中來檢測——類似於薛定諤的貓，它同時是活的和死的。為了實現這一計劃，他們與格里菲思大學(Griffith University)傑夫?普賴德(Geoff Pryde)教授領導的實驗小組合作。

與經典粒子不同，量子粒子可以在不同方向的量子疊加中運動，谷美利和格里菲斯大學的研究人員利用這一現象設計了量子器件，可以產生所有可能未來的量子疊加。圖片：NTU, Singapore

該團隊共同實現了一個特別設計的光子量子信息處理器，在該處理器中，一個決策過程的潛在未來結果由光子(光的量子粒子)的位置表示。然後他們證明量子裝置狀態是多個潛在未來的疊加，由它們發生的概率加權。新加坡研究小組成員傑恩·湯普森(Jayne Thompson)博士說：這個裝置的功能受到諾貝爾獎得主理查德·費曼(Richard Feynman)啟發。當費曼開始研究量子物理時，他意識到，當一個粒子從a點移動到B點時，它不一定遵循一條路徑。

相反，它同時與所有連接這些點的可能路徑相交，新研究工作擴展了這一現象，並利用它對統計未來進行建模。這台機器已經演示了一個應用程序——測量我們對當前特定選擇偏見對未來的影響。方法是為每種偏差合成所有可能未來的量子疊加，通過相互干擾這些疊加，可以完全避免單獨觀察每一個可能的未來。事實上，許多當前的人工智慧(AI)演算法都是通過觀察自身行為的微小變化如何導致不同未來結果來學習的，因此該技術可能會讓量子增強人工智慧更有效地學習自己行為的效果。

用於實驗的實驗裝置的圖片，圖片：Griffith』s University

該團隊指出，雖然目前的原型同時模擬最多16種未來，但基本的量子演算法原則上可以無限制地擴展。這就是這個領域如此令人興奮的原因。這很容易讓人想起上世紀60年代的經典電腦。正如很少有人能想像上世紀60年代經典計算機的多種用途一樣，我們對量子計算機能做什麼仍然一無所知。每一項新應用的發現都為他們的技術發展提供了進一步的動力，這項研究發表在即將出版的《自然通訊》上。

博科園-科學科普｜研究/來自: 南洋理工大學物理與數學科學學院

參考期刊文獻:《自然通訊》

DOI: 10.1038/s41467-019-08951-2

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