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量子炒作与量子怀疑论


前ccacm总编辑Moshe Y. Vardi

20个人中的前三分之一th本世纪见证了许多绝对教义的瓦解。阿尔伯特·爱因斯坦1905年的狭义相对论消除了绝对时间的概念,而库尔特·Gödel 1931年的不完全性定理则质疑绝对数学真理的概念。然而,最深刻的是,量子力学对绝对客观实在的概念提出了质疑。Schrödinger的猫是死的还是活的?在量子力学被引入近100年后,科学家们仍然没有对它的含义达成完全一致。

客观现实的问题源于叠加原理。简而言之,在测量之前,量子系统可以存在于它们可能的可观测状态的叠加状态中。经典位有一个唯一的值,0或1,而量子位或量子位,以两个经典位元的叠加形式存在。物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)在1959年的演讲《底部有足够的空间》(There's Plenty of Room at The Bottom)中暗示了将量子效应用于计算的可能性。但这种可能性似乎有些遥远,直到Peter Shor在1994年发表了开创性的论文,在那篇论文中,他证明了使用量子计算在多项式时间内分解数字在理论上是可能的,这将打破目前的公开密钥加密方案。这使得量子计算的实现成为21世纪计算界的圣杯之一世纪。事实上,量子计算是美国国家科学基金会“十大想法”之一的重要组成部分。

大众媒体经常紧张地报道量子计算:“量子计算将在几年内打破你的加密”;“为什么量子计算的时代是现在”;以及“可以统治世界的计算机”。然而,量子计算的物理实现一直是一个艰难的过程。加拿大D-Wave系统公司声称,他们是世界上第一家销售利用量子效应操作计算机的公司。但是D-Wave机器还远远不是一个通用的量子计算机,一些研究人员不同意D-Wave的说法。

事实上,一些量子计算研究人员已经对量子计算梦想的物理实现能力表示了怀疑。一个量子怀疑者同意量子计算在理论上确实比经典计算具有指数级的优势,但他们认为在物理上不可能建造可扩展的量子计算机。吉尔·卡莱是最著名的量子怀疑论者之一。他认为,所有的物理系统都有噪声,b而且保持在高度敏感叠加态的量子比特将不可避免地被与外界的任何交互破坏。相比之下,量子怀疑论的怀疑论者,比如Scott Aaronson,认为量子计算的可实现性是物理学中一个突出的问题,c并将怀疑论的观点视为一场难以置信的物理学革命。

美国国家科学院最近的一份报告d回顾了当前量子计算的进展和前景,冷静地看待该领域。鉴于量子计算的当前状态和仍需克服的重大挑战,该报告认为,在未来10年内不太可能制造出能够破坏公钥密码的量子计算机——这是当今大多数计算机和网络的安全基础。然而,由于替换已建立的互联网协议通常需要10年以上的时间,该报告建议,开发和部署抵御量子计算机攻击的弹性算法目前至关重要。

该报告指出了量子计算面临的主要挑战。报告在一定程度上同意Kalai的观点,指出需要纠正量子系统中的错误,否则高度复杂的量子程序不可能在系统上正确运行。该报告总结说,纠错算法会产生巨大的成本,因此在近期内量子计算机很可能容易出错。

该报告的一个重要部分是分析了计算技术在过去半个多世纪里性能呈指数级增长的原因和方式。这种规模扩张主要是一个良性循环的结果,使用新技术的产品让行业赚更多的钱,然后用这些钱来开发更新的技术。为了让量子计算取得同样的成功,它必须创造一个良性循环,为越来越有用的量子计算机的发展提供资金。但经典计算的美妙之处在于,开发算法非常容易。每个写程序的青少年都是在开发一种算法。相比之下,在对量子计算超过25年的密集研究中,只有几十种算法被开发出来。e可以想象,各国政府将大举投资于少数关键的量子计算应用,但这不会催生维持良性循环所需的繁荣市场。算我一个量子怀疑论者吧!

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作者

摩西·y瓦迪vardi@cs.rice.edu)是美国德克萨斯州休斯顿莱斯大学计算工程Karen Ostrum George杰出服务教授和肯肯尼迪信息技术研究所主任。他是前主编通信。

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脚注

一个。https://bit.ly/2Bie8i3

b。https://bit.ly/2nQ44Vy

c。https://bit.ly/2U4Qz6x

d。https://bit.ly/2QkA45i

e。https://bit.ly/2uq1r0f

更多关于量子论点的内容见第15页。


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评论


亚兰王哈罗

关于工程、经济和算法障碍的观点都很好。对于这些,我想补充的是,经典算法(例如量子化学)是非常好的,当然只会随着时间的推移而变得更好。

“原则上这是不可能的”的观点在科学上是不连贯的,除了它们的作者之外没有人理解它们,所以我认为它们与此无关。事实上,NAS的报告部分不同意Kalai对QC的批评。以下是他们的措辞。“虽然一些研究人员(引用Kalai 2011)认为实际的量子计算从根本上是不可能的,但委员会没有找到任何根本原因,证明这样一个系统不能建立,只要目前对量子物理学的理解是准确的。”

量子计算是一个令人兴奋的研究领域,有望带来巨大的回报,但成功并不一定是必然的,你批评那些过早宣布胜利的人是对的。


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