谷恩啟動了他的新量子計(jì)算機(jī)電腦，可以預(yù)見未來，在同一時(shí)間至少有16種可能的未來。谷恩是新加坡南洋理工大學(xué)物理學(xué)助理教授，從事量子計(jì)算工作。

這門科學(xué)運(yùn)用了控制宇宙中最小粒子的奇怪定律來幫助計(jì)算機(jī)更有效地計(jì)算。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以比特（0或1的二進(jìn)制數(shù)字）的形式存儲信息不同，量子計(jì)算機(jī)將信息編碼為量子比特或量子位。由于量子力學(xué)的奇異定律，這些亞原子粒子可以同時(shí)存在于兩種不同狀態(tài)的疊加中。

正如薛定諤假想的貓在有人打開盒子之前同時(shí)是死的和活的一樣，一個(gè)疊加的量子位元在被測量之前可以同時(shí)等于0和1。與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)相比，將多個(gè)不同的結(jié)果存儲在一個(gè)量子位元中可以節(jié)省大量內(nèi)存，尤其是在進(jìn)行復(fù)雜預(yù)測時(shí)。表在《自然通訊》(Nature Communications)上的一項(xiàng)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(diǎn)。這種模擬器可以預(yù)測16種不同未來的量子疊加結(jié)果(相當(dāng)于連續(xù)拋硬幣四次)。

這些可能的未來被編碼在一個(gè)光子(光的量子粒子)中，它同時(shí)沿著多條路徑移動，同時(shí)通過幾個(gè)傳感器。然后，研究人員更進(jìn)一步，并排發(fā)射兩個(gè)光子，并跟蹤每個(gè)光子的潛在未來在略有不同條件下是如何發(fā)散的。這有點(diǎn)像電影《復(fù)仇者聯(lián)盟:無限戰(zhàn)爭》中的奇異博士，在電影高潮迭起的戰(zhàn)斗之前，這位有先見之明的博士期待著看到1400萬個(gè)不同的未來，希望能找到一個(gè)英雄打敗滅霸這個(gè)大壞蛋的未來。他綜合考慮了所有這些可能性，然后說，‘好吧，如果我以這種小的方式改變我的決定，未來會發(fā)生多大的變化？

這是現(xiàn)研究模擬正在朝著的方向前進(jìn)，研究人員使用一種經(jīng)典的模型——擾動硬幣來測試他們的量子預(yù)測引擎。想象有一個(gè)盒子，里面是一枚硬幣，在這個(gè)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(tǒng)的拋硬幣游戲不同，在傳統(tǒng)的拋硬幣游戲中，結(jié)果總是有相同的機(jī)會要么是正面要么是反面，每次擾動拋硬幣的結(jié)果取決于前一步硬幣所處的狀態(tài)。例如，如果硬幣在第三次搖盒子的時(shí)候從正面搖到反面，那么第四次搖的時(shí)候很可能仍然是反面。

研究人員進(jìn)行了兩種不同版本的硬幣實(shí)驗(yàn)，一種是盒子搖晃得更厲害，另一種是搖晃得更弱。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，盒子被搖動四次，提供了16種可能的正面和反面組合。在第四步之后，研究小組將所有16種結(jié)果疊加在一個(gè)光子中，同時(shí)根據(jù)盒子被震動的強(qiáng)度顯示出每種可能結(jié)果的概率。最后，研究小組將強(qiáng)搖硬幣和弱搖硬幣的疊加物組合在一起，創(chuàng)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，這取決于我每一步的力度。目前計(jì)算能力限制，意味著團(tuán)隊(duì)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(jì)算機(jī)變得更大、更強(qiáng)大、更普遍，像這樣的模擬器可以同時(shí)看到無限多的未來。這可能有助于天氣預(yù)報(bào)或在股市進(jìn)行更明智的投資。它甚至可以幫助改善機(jī)器學(xué)習(xí)，這完全是人工智能教自己做出越來越好的預(yù)測。這一切都是“高度探索性的”，需要進(jìn)行大量的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，才能弄清量子模擬器的所有應(yīng)用，這臺“千里眼”電腦命運(yùn)是一個(gè)仍然是個(gè)謎的未來。

博科園-科學(xué)科普｜文:?Brandon Specktor/Live Science

參考期刊文獻(xiàn):《自然通訊》

10.1038/s41467-019-08951-2

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