這台量子計算機能預測16種不同的未來！

谷恩啟動了他的新量子計算機電腦，可以預見未來，在同一時間至少有16種可能的未來。谷恩是新加坡南洋理工大學物理學助理教授，從事量子計算工作。這門科學運用了控制宇宙中最小粒子的奇怪定律來幫助計算機更有效地計算。與傳統計算機以比特（0或1的二進位數字）的形式存儲信息不同，量子計算機將信息編碼為量子比特或量子位。由於量子力學的奇異定律，這些亞原子粒子可以同時存在於兩種不同狀態的疊加中。

正如薛定諤假想的貓在有人打開盒子之前同時是死的和活的一樣，一個疊加的量子位元在被測量之前可以同時等於0和1。與傳統計算機相比，將多個不同的結果存儲在一個量子位元中可以節省大量內存，尤其是在進行複雜預測時。在發表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項研究中，谷恩和同事用一種新的量子模擬器證明了這一觀點。這種模擬器可以預測16種不同未來的量子疊加結果(相當於連續拋硬幣四次)。

這些可能的未來被編碼在一個光子(光的量子粒子)中，它同時沿著多條路徑移動，同時通過幾個感測器。然後，研究人員更進一步，並排發射兩個光子，並跟蹤每個光子的潛在未來在略有不同條件下是如何發散的。

這有點像電影《復仇者聯盟:無限戰爭》中的奇異博士，在電影高潮迭起的戰鬥之前，這位有先見之明的博士期待著看到1400萬個不同的未來，希望能找到一個英雄打敗滅霸這個大壞蛋的未來。他綜合考慮了所有這些可能性，然後說，『好吧，如果我以這種小的方式改變我的決定，未來會發生多大的變化？

微小光粒子可以同時以許多不同的狀態疊加在一起運動，研究人員利用這種量子怪癖設計了一台原型計算機，可以同時預測16種不同的未來。圖片：Sergei Slussarenko/Griffith University

這是現研究模擬正在朝著的方向前進，研究人員使用一種經典的模型——擾動硬幣來測試他們的量子預測引擎。想像有一個盒子，裡面是一枚硬幣，在這個過程的每一步，都會有人輕輕搖動盒子，所以硬幣投擲的概率很小。與傳統的拋硬幣遊戲不同，在傳統的拋硬幣遊戲中，結果總是有相同的機會要麼是正面要麼是反面，每次擾動拋硬幣的結果取決於前一步硬幣所處的狀態。例如，如果硬幣在第三次搖盒子的時候從正面搖到反面，那麼第四次搖的時候很可能仍然是反面。

研究人員進行了兩種不同版本的硬幣實驗，一種是盒子搖晃得更厲害，另一種是搖晃得更弱。在每個實驗中，盒子被搖動四次，提供了16種可能的正面和反面組合。在第四步之後，研究小組將所有16種結果疊加在一個光子中，同時根據盒子被震動的強度顯示出每種可能結果的概率。最後，研究小組將強搖硬幣和弱搖硬幣的疊加物組合在一起，創建了一張未來可能的主圖。谷恩說：這向我們展示了未來走勢分化的速度，這取決於我每一步的力度。目前計算能力限制，意味著團隊的模擬器一次只能看到16種可能的未來。

然而，總有一天，隨著量子計算機變得更大、更強大、更普遍，像這樣的模擬器可以同時看到無限多的未來。這可能有助於天氣預報或在股市進行更明智的投資。它甚至可以幫助改善機器學習，這完全是人工智慧教自己做出越來越好的預測。這一切都是「高度探索性的」，需要進行大量的進一步實驗，才能弄清量子模擬器的所有應用，這台「千里眼」電腦命運是一個仍然是個謎的未來。

博科園｜文: Brandon Specktor/Live Science

參考期刊《自然通訊》

10.1038/s41467-019-08951-2

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