有什么用,只用最常见的词
分类:奥门金沙网址

有多少人像我一样,在看《哈利·波特》时梦想自己也有一件能够隐形的魔法斗篷?在经历了一系列艰苦卓绝的努力之后,和我们拥有同样梦想的科学家们,终于又将向梦想的实现前进了……嗯,小小一步。

今年是广义相对论面世100周年,漫画家兰道尔·门罗(Randall Munroe)用英文里最常用的1000词写了一篇讲解相对论的文章,并手绘全部插图。中文缺乏常用词的良好统计,但本文翻译时尽可能遵循了英文的风格。

图片 1中科院联合阿里巴巴成立量子计算实验室。图片来源:新华网

发表在最新一期《科学》杂志上的一篇论文称,加州大学伯克利分校的科学家们成功研制出了超薄版的“隐形斗篷”。当然,它还并不是给人披的——至少现在不是。

图片 2

近日,中国科学院和阿里巴巴在中国科学技术大学上海研究院联合成立了“中科院-阿里巴巴量子计算实验室”。这是中国首次由科研单位引入民间资本来全资资助基础科学研究。

图片 3
新型“隐形斗篷”的3D插图。图片来源:参考文献[1]

(Amelia/译)从前有一位长着好看白头发的博士。他想出了很多重要的点子,所以很有名。他的好看白头发是在他想出来那些东西之后才长的;但是到了所有人都发现他的点子有多好的时候,他已经有白头发了,因此所有人想到他时都是这个样子。他非常会想好点子,以至于我们会用他的名字来形容“会想的人”。

放眼世界,这一合作的先例来自于美国。继IBM和微软之后,Google也开展了量子计算研究,并和美国国家航天局(NASA)联合成立了量子人工智能实验室(QuAIL)。2014年,Google正式雇佣美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的约翰·马丁尼斯(John Martinis)成立超导量子计算实验室,开创了私人公司全资资助量子计算实验室的先河。

如果智能手机都被认作“轻薄”,那么这件“斗篷”确实可以用“超薄”来形容:它的厚度仅有80纳米,大约相当于iPhone6s的十万分之一。它的表面被微小的“金块”铺满,这些被称为“纳米天线”的金能够通过改变光线反射角度的办法来掩蔽被“隐形斗篷”遮盖的物体。

他的两个最重要的点子,说的是空间和时间是怎么回事。现在你正在看的这篇文,只用人们最常用的一千个词来说这两个点子。第一个点子是博士在办公室干活的时候想的;十年后当他在学校干活时,又想出了第二个点子。今年,这第二个点子出来刚好一百年。(当然,他也有很多其他同样重要的点子。人们花了许多的时间要搞明白他怎么这么会想。)

阿里巴巴做为中国市值最高的互联网公司在经典信息技术上积累雄厚,同时中国科学技术大学在量子信息学研究上领先世界。在Google模式的启发下,两者一拍即合,成立了该联合实验室。

图片 4被“隐形斗篷”遮盖的物体,在显微镜镜下轮廓变得不可察觉(C:盖上隐形斗篷、E:没盖上隐形斗篷),其干涉条纹也能在遮盖有物体时保持平滑(D:盖上隐形斗篷、F:没盖上隐形斗篷)。图片来源:参考文献[1]

第一个点子叫做小点子,因为它说空间和时间的几个小部分。第二个叫大点子,说了小点子没说到的东西。大点子要比小点子难很多。数字好的人很容易用小点子回答问题,但要用大点子做些什么,你得数字非常非常好。先看小点子能让看懂大点子更容易。

量子叠加态

量子计算为何有如此魅力,吸引互联网巨头纷纷解囊?这要从量子物理学最基本也是最奇异的特性“叠加态”(superposition)说起。在经典物理学中,物质在确定的时刻仅有确定的一个状态。量子力学则不同,物质会同时处于不同的量子态上。一个简单的例子就是双缝干涉,经典的粒子一次只能通过一个狭缝,但是量子力学的粒子一次可以同时通过多个狭缝,从而产生干涉。

传统的信息技术扎根于经典物理学,一个比特在特定时刻只有特定的状态,要么是0,要么是1,所有的计算都按照经典的物理学规律进行。量子信息扎根于量子物理学,一个量子比特(qubit)就是0和1的叠加态,可以写作:

|Φ>=a|0>+b|1>

这里用Φ代表0和1的叠加(因为长得像)。|>为狄拉克符号,代表量子态。a和b是两个复数,满足关系|a|2+|b|2=1。于是一个量子比特可以用一个布洛赫球面(Bloch sphere)来表示。相比于一个经典比特只有0和1两个值,一个量子比特的值有无限个,分布在整个布洛赫球面上。

图片 5表示量子比特的布洛赫球面,球面代表了一个量子比特所有可能的取值。图片来源:维基百科

因为处于叠加态,一个量子比特同时代表|0>和|1>(只要取值不恰好是|0>或者|1>),对这个量子比特做一次操作就相当于同时对|0>和|1>都做了操作。扩展下去,比如一个10比特的数,经典计算一次运算只能处理一个数(如0001001000,0100001000,1001101101…….)。量子计算则可以处理一个10量子比特的叠加态:|ΦΦΦΦΦΦΦΦΦΦ>。这就即意味着,量子计算一次运算就可以处理210=1024个数(从0到1023被同时处理一遍)。

以此类推,量子计算的速度与量子比特数是2的指数增长关系。一个64位的量子计算机一次运算就可以同时处理264=18446744073709551616个数。如果单次运算速度达到目前民用电脑CPU的级别(1GHz),那么这个64位量子计算机的数据处理速度将是世界上最快的“天河二号”超级计算机(每秒33.86千万亿次)的545万亿倍!

量子力学叠加态赋予了量子计算机真正意义上的“并行计算”,而不像经典计算机一样只能并列更多的CPU来并行。因此在大数据处理技术强烈需求的今天,量子计算机越来越获得互联网巨头们的重视。

要是平整的桌布下面藏了个饺子,你一眼就可以看出来,这是因为光线投到饺子轮廓时,反射的角度发生了可察觉的变化。

小点子

图片 6

人们很早就知道,要说一个东西走得有多快,先要说它走过了啥。现在,你可能没有在地上动,但你和地面都在围着太阳非常快地动。如果你说地面不动,那你也没动;如果你说太阳不动,那你就在动。这两句话都对,就看你说是谁没在动。

有人以为这个说“动”的点子就是空间博士的大点子。不是的。在他之前,这点子就有好几百年了。他想出这个大点子是因为,那个老的点子有个问题。

问题就是光。在他之前几十年,有人用数字讲明白了光的波和电的波是怎么在空间里动的。所有人用所有能想到的办法检查这些数字,看起来是对的。但是有个坏事儿:数字说,波在空间中每秒只走一定的距离。(大概是绕地球七圈。)数字不说谁没在动,只是说每秒走这么远。

人们花了好些时间才发现这问题有多大。数字说,每个人都会看到光每秒走同样多的路,但如果你朝和光一样的方向,走得非常快,会怎样?如果有人开着非常快的车和光一起走,他们该看到光很慢地走过去吧?数字说,不会——他们会看到光飞快地走过去,就像他们自己没动的时候一样。

人们越想这个事情,越觉得数字哪儿不对。但每次他们在真实世界里看光波,都和数字说的一样。数字说,不管你动得多快,光经过你时每秒都只走一定的距离。

图片 7

想出回答的,正是空间博士。他说,如果我们关于光的点子是对的,那我们关于距离和时间的点子就肯定不对。他说,对不同的人,时间也是不一样的。当你跑得很快时,博士说,你周围的世界就改变了形状,同时外面的时间也会过得更慢。

博士提出了一些数字,时间和空间一定要按照这些数字发生改变,才能让光的数字不出错。有了他的点子,每个人都会看到光在每一秒钟内跑过正确的距离。这就是我们说的博士的小点子。

这个小点子看起来非常非常奇怪,要花很多工夫才能搞明白。以前有很多人以为它是错的,就因为它太怪——结果发现它还真是对的。我们知道,因为我们试过很多次了。如果你走得非常快,时间就会走慢一点。如果你开着车,你就会看到车外的表变慢了;但它们只会慢一点点,所以通常你都注意不到。必须动用世界上最好的钟表,才能看到它在变。但它真的在变。

肖尔算法——RSA加密技术的终结者

1985年,牛津大学的物理学家戴维·德意志(David Deutsch)提出了量子图灵机的概念[1],随后贝尔实验室的彼得·肖尔(Peter Shor)于1995年提出了量子计算的第一个解决具体问题的思路,即肖尔因子分解算法[2]

我们今天在互联网上输入的各种密码,都会用到RSA算法加密。这种技术用一个很大的数的两个质数因子生成密钥,给密码加密,从而安全地传输密码。由于这个数很大,用目前经典计算机的速度算出他的质数因子几乎是不可能的任务。

但有了量子计算机,就是另外一种情况。利用量子计算的并行性,肖尔算法可以在很短的时间内通过遍历来获得质数因子,从而破解掉密钥,使RSA加密技术不堪一击。

量子计算机会终结任何依靠计算复杂度的加密技术,但这不意味着从此我们会失去信息安全的保护。量子计算的孪生兄弟——量子通信,会从根本上解决信息传输的安全隐患。(关于量子通讯,可以参考我之前写过的科普文章。)

本文由奥门金沙网址发布于奥门金沙网址,转载请注明出处:有什么用,只用最常见的词

上一篇:没有了 下一篇:没有了
猜你喜欢
热门排行
精彩图文