2019年5月28日 星期二

量子計算機在可預見的未來並不會實現!

底下引文“反对量子计算的理由“之作者 Mikhail Dyakonov 所述的,是我所看過,對於量子計算機能否實現的最正確預測,也就是說,我非常同意他所說的:“量子計算機在可預見的未來並不會實現”這句話,大家可要小心別把辛苦錢投進這個不可能實現任務了。
「有鉴于此,我们自然会产生疑问:什么时候才能制造出实用的量子计算机?最乐观的估计也认为要再花上5至10年。更多人的预测则较为谨慎,认为需要20至30年的时间。(其实在过去20年间就已经有人做出了类似的预测。)而我的观点属于极少数,我认为量子计算机“在可预见的未来不会实现”。经过对量子论和凝聚态物理学的数十年的研究,我得出了非常悲观的结论。因为我深知,要使量子计算发挥作用,需要克服的技术挑战是多么艰巨。」
「据专家估计,如果一台实用性量子计算机要像笔记本电脑一样解决某些既定问题,它所需的量子位数量为1000~10万。因此,用于表示这台实用性量子计算机在任何时刻之状态的连续参数的数量必须至少为21000个,也就是10300左右个。这是一个非常大的数列。究竟有多大呢?它比可观测宇宙中的亚原子粒子的数量还大得多。
再强调一次:一台实用性量子计算机“需要处理的一组连续参数比可观测宇宙中亚原子粒子的数量还多” 。
这样来看这项可能的未来技术,即便是脚踏实地的工程师也会失去兴趣。不过,让我们继续往下讨论。对于现实世界的任何一台计算机,都必须考虑误差的影响。在传统计算机中,如果一个或多个晶体管应该开启却被关闭,就会出现误差,反之亦然。如果出现不必要的误差,可运用相对简单的误差校正方法进行处理,这需要利用硬件中内置的一定冗余。
而你绝对无法想象实用性量子计算机处理10300个连续参数时,要怎样使相关误差始终处于可控状态。不过,量子计算理论家已经成功让大众相信这是可行的。他们称,所谓的阈值定理能够证明这是可行的。他们指出,一旦每个量子门中每个量子位的误差都小于某数值,就可能实现无限长度的量子计算,代价是这时需要的量子位数量会大大增加。他们认为,有了那些额外的量子位,就可以使用多个物理量子位构成逻辑量子位来处理误差。
没有人知道每个逻辑量子位需要多少物理量子位,但是估值一般为1000~10万。结果就是,一台实用性量子计算机需要100万或更多的量子位,而用于定义此假设量子计算机状态的连续参数的数量也就更加荒唐了(1000量子位所需要的参数数量就已经是天文数字了)。
即使不考虑这些令人难以置信的庞大数字,如何将多个物理量子位合并成实用性计算所需的较少逻辑量子位,也还没有明确的方法。这一事实发人深省,毕竟这可一直是研究领域的一个关键目标。
21世纪初期,应先进研发活动(ARDA,美国情报局的一个基金资助机构,现已并入美国情报高级研究计划局)的要求,一个由量子信息领域杰出专家组成的团队制定了量子计算路线图。该路线图确定的目标是2012年“实现50个物理量子位的计算”和“通过容错量子计算所需的所有运算来运行多个逻辑量子位,从而执行一个量子算法相关的简单实例……”。现在已经是2019年,上述目标仍未实现。」
「15年以前,先进研发活动专家小组指出:“在一定的假设条件下,可得出如下结论:如果每次量子门运算都能够得到精确的临界值,则量子误差校正将允许量子计算机进行模糊计算。”这里的关键词是“在一定的假设条件下”。可惜杰出专家组成的小组也未说明这种假设条件能否得到满足。
我认为他们解答不了。在现实世界中,连续量(电压值或定义量子力学波动函数的参数)既无法精确测量也无法准确处理。也就是说,任何连续变量都不可能是一个确切的数值,包括0。对数学家而言,这也许非常荒谬,但是,任何工程师都知道,这在现实世界中是毫无疑问的事实。」
「现在人们正在研究各种制造量子计算机的策略,其中很多人认为最有前景的方法是使用将互连约瑟夫逊结(Josephson junctions)冷却至极低温度(大约为10毫开尔文)的量子系统,这一方法最初由加拿大D-Wave Systems公司采用,现在IBM、谷歌、微软以及其他公司都在使用这一方法。
终极目标是制造一台优于传统计算机的通用量子计算机,其能够运用舒尔算法对大数进行因式分解,运用格罗弗算法(洛夫•格罗弗于1996年在贝尔实验室研发)执行数据库检索,以及运行专门的量子计算机应用程序。
硬件方面正在进行进一步的研究,最近已研制了一个49量子位芯片(英特尔)、一个50量子位芯片(IBM)和一个72量子位芯片(谷歌)。研究活动的最终结果目前并不清楚,因为这些公司尚未透露研究工作的相关细节。
虽然我认为这种实验研究益处颇多,可能会让人们更好地理解复杂的量子系统,但是对于这些工作能否制造出实用性量子计算机,我仍然持怀疑态度。这样一台计算机必须能够在微观层面上以极高的精度来处理参数多到难以想象且各参数可取连续数值的物理系统。我们能学会控制定义系统量子状态的超过10300个连续变量参数吗?
我的答案很简单——不,永远都不行。」
「几十年前量子计算首次大热时,IBM物理学家罗尔夫•兰道尔(Rolf Landauer)就提出了警告,我认为相关研究人员仍然应该听从他的警告。他曾敦促量子计算的支持者在他们的出版物中加入一则免责声明:“该方案与所有其他量子计算方案一样,依赖于推测技术的发展,其目前的形式尚未将所有可能的噪音源、不可靠性和制造误差考虑在内,将来也可能不会成立。”」
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量子计算如今十分流行。几乎每天都有新闻媒体发布相关新闻。其实人类研究量子计算已经长达几十年,却未得出任何实用的结果,大多数评论员都忘记或者掩饰了这一事实。 IBM指出量子计算机能够“使很多学科领域取得突破....