金沙集团186cc(成色VIP网站)-BinG百科

400-004-0551

news center

新闻中心

回顾量子百年(第五节):从量子力学到量子信息科学

发布时间:2023-04-26 16:55:11  信息来源:  阅读次数: 3898 次

在量子科学的历史上,有两张著名的照片,一张是前文提到的索尔维会议,另一张是拍摄于MIT恩迪科特大楼下草坪上的一张照片,它标志着量子计算和量子信息的诞生。

 

1 Freeman Dyson, 2 Gregory Chaitin, 3 James Crutchfield, 4 Norman Packard, 5 Panos Ligomenides, 6 Jerome Rothstein, 7 Carl Hewitt, 8 Norman Hardy, 9 Edward Fredkin, 10 Tom Toffoli, 11 Rolf Landauer, 12 John Wheeler, 13 Frederick Kantor, 14 David Leinweber, 15 Konrad Zuse, 16 Bernard Zeigler, 17 Carl Adam Petri, 18 Anatol Holt, 19 Roland Vollmar, 20 Hans Bremerman, 21 Donald Greenspan, 22 Markus Buettiker, 23 Otto Floberth, 24 Robert Lewis, 25 Robert Suaya, 26 Stand Kugell, 27 Bill Gosper, 28 Lutz Priese, 29 Madhu Gupta, 30 Paul Benioff, 31 Hans Moravec, 32 Ian Richards, 33 Marian Pour-El, 34 Danny Hillis, 35 Arthur Burks, 36 John Cocke, 37 George Michaels, 38 Richard Feynman, 39 Laurie Lingham, 40 P. S. Thiagarajan, 41 Marin Hassner, 42 Gerald Vichnaic, 43 Leonid Levin, 44 Lev Levitin, 45 Peter Gacs, 46 Dan Greenberger.
 
1981年5月6日,麻省理工学院(MIT)和IBM共同组织的第一届计算物理学会议吸引了近50名来自计算和物理领域的研究人员参加。在会上,理查德·费曼发表了《用计算机模拟物理》的著名演讲。
 
费曼首先提出了一个问题,计算机能否模拟微观粒子?答案是否定的。
 
因为微观世界的粒子并不遵从经典力学的运动规律,支配其运动规律的是量子力学。把分别遵从这两个理论的物理世界称作经典世界和量子世界,经典世界中物理客体每个时刻的状态和物理量都是确定的,而量子世界中物理客体的状态和物理量都是不确定的。概率性是量子世界区别于经典世界的本质特征。由于经典计算机是确定性的:给它们同样的问题,它们就会给出同样的解。而微观粒子又是概率性的,想要模拟粒子,就必须建造一台利用量子力学进行概率计算的计算机。
 
这次会议之后,1983年,IBM的Charlie Bennett和蒙特利尔大学的Gilles Brassard发明了量子密码——一种利用量子力学发送信息同时防止窃听的方法。Bennett也参加了1981年的会议,作为拍摄者的他并未出现在照片了。
 
1985年,牛津大学的David Deutsch进一步发展了费曼的构想,研究如何在量子力学领域实现计算机的原型图灵机。他提出了“量子电路”(quantum circuits)的概念,通过这种方法,将经典计算机中负责运算处理的逻辑电路(门)扩展到了量子力学领域。
 
1992年,Deutsch与剑桥大学的Richard Jozsa提出了Deutsch-Jozsa算法。这是最早能够证明量子计算机比任何经典计算机有着指数级加速完成计算任务的量子算法。
 
此后,量子算法发展得到了巨大的进步,开始让人们看到了量子计算机的巨大潜力,特别是Shor算法的提出。
 
1994年,贝尔实验室的Peter Shor提出一种量子算法,他设想利用量子计算机自身固有的并行运算能力,在可以企及的时间内,将一个大的整数分解为若干质数之乘积。因此Shor算法也叫质因数分解算法,对目前基于RSA加密的公钥基础设施极具威胁。
 
对经典计算机而言,破解高位数的RSA密码基本不可能。例如,一个每秒能做1012次运算的机器,破解一个300位的RSA密码需要15万年。而Shor算法就不一样了,它能够利用量子计算机快速找到整数的质因数,相比最好的经典算法,可以实现指数级加速。
 

Shor算法与经典算法的比较
 
也在90年代,Bennett、Brassard等人联合发表的论文提出了隐形传态协议(teleportation protocol),并由Anton Zeilinger、潘建伟等人完成了实验演示。
 
从上世纪80年代到90年代,基本完成了量子信息科学框架的搭建,为今天的第二次量子革命奠定了基础。如今,虽然几乎每天都能看到量子信息科学取得突破的消息,但距离实现真正广泛的量子优势还有很长一段距离。这也是世界量子日存在的意义,它将回答量子如何引领未来的科技革命,以及这些将如何影响我们的社会。革命尚未成功,吾辈仍须努力!

▍背景简介:本文摘自公众号“光子盒”。

Top
XML 地图