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是量子计算机,还是原子计算机?

(2021-01-08 11:17:49)
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玻色采样机

量子计算机

量子力学

在前文《真正的量子计算机是做不出来的》中,我已经说得很明确,量子计算机建立在哥本哈根学派对量子力学错误解释基础上。该解释错误地认为,微观粒子在任意时刻可以同时处于两个不同的状态(叠加态),用微观粒子做成的量子计算机具有指数加速计算功能。

这种看法纯属对量子力学和几率概念的误解,违背自然界的基本规则和事物的基本逻辑因为量子叠加态是一个统计力学的概念,根本无法在现实中实现的,因此量子计算机是不可能造出来的。

用一个最简单的例子来说明,我们向上抛硬币,落到地面时,要么正面向上,要么背面向上,不可能正面和背面同时向上。然而按照量子力学的哥本哈根解释,等价于认为硬币落到地面时,可以正面和背面同时向上,或者同时向下。量子计算机就是根据这样荒谬的逻辑为理论基础来设计的,怎么可能造得出来呢?

在《量子纠缠态,一个被洗白了妖孽》一文中,我指出量子计算机所谓的指数加速功能只与叠加态有关,与量子纠缠无关。也就是说量子计算机所依赖的物理学原理是波函数的叠加原理,不是所谓的纠缠态。波函数的叠加态只与单个微观粒子有关,纠缠态至少与两个粒子有关,二者是完全不同的概念。

现在所谓的量子计算机品种五花八门,大致可以分为两种但它们与量子叠加态一点关系都没有

第一种是用经典电路来模拟量子算法,实际上与量子力学完全无关。这种计算机只能看成经典电子计算机的变种,它根本没有利用微观粒子叠加概念,只是利用了量子力学的噱头。

第二种是利用原子离子的某些性质,对原子离子进行操控的计算机,称为原子计算机更合适。其本质是用所谓的量子纠缠态来代替量子叠加态,是量子力学基本概念混淆的产物。这种计算机没有指数加速计算的功能,都不是真正的量子计算机。

事实上,第二种所谓的量子计算机,是用原子和离子等来代替硅基晶体管。它利用一个微观粒子在不同的时刻可能存在的两个状态而不是同一个时刻处于两个状态,代替经典计算机的一个电子元件的两个状态因此这种计算机称为原子计算机更为合适。

至于最近轰动一时的“九章”量子计算机,则连计算机都不是,更别说是量子计算机了。它只是一堆由昂贵的光学反射镜和分光镜组成的,用来测量光子高级玩具。“九章”不具备任何逻辑计算功能,它用物理测量来冒充数学计算,完全是鱼目混珠,指鹿为马的产物。

从本质上说,“九章”美其名曰玻色子采样机,其实是一台用分光镜来做钉子的高尔顿钉板。它所谓的量子计算,其实就如在高尔顿钉板中撒豆子,通过数落下的豆子数目,来代替数学计算。也可以看成通过测量杯子的周长和半径,得到圆周率等于近似值3.14,而不是通过严格的数学公式计算得到圆周率等于3.1415926.......。从数学和逻辑的角度,这种做法毫无意义,真是一点新鲜感都没有。

虽然微观粒子的有些性质与经典粒子不同,但用来做计算机的基本逻辑单元时,本质上是一样。二者的主要差别在于几何尺寸,而不是能否做并行加速计算。至于多个微观粒子具有的相干性和所谓的纠缠态,则可以用来对粒子进行操控,但这不是决定量子计算机能否进行加速运算的因素。

因此第二种量子计算机也是对传统电子计算机的模拟,差别在于不是用晶体管来做存储器和逻辑门,而是用原子或离子来做存储器和逻辑门。也就是说是用一个原子(或离子)在不同时刻的两个态来存储一个量子比特的信息01,而不是用一个原子(或离子)在同一时刻的两态来存储一个量子比特的信息。

比如,对于最简单的钙离子阱计算机,物理学家把钙离子置于离子阱中,用它基态和亚稳态编码一个量子位01。这两个态之间的跃迁频率为719纳米,需要用这个频率的激光脉冲来对离子进行操控。钙离子吸收一个719纳米的光子,从基态跃迁到亚稳态。 发射一个对应的光子,就跃迁回基态。因此一个钙离子不可能同时处于基态和激发态,也就不可能同时存储01。这一点与晶体管存储器是完全一样的,一个晶体管存储器也可以存储01,但不能同时存储01

    有许多研究机构声称,钙离子阱量子计算机已经实验成功,但这不是真实的。实际情况是,他们利用激光脉冲来对势阱内的钙离子进行操控,使之处于拉比震荡状态。在震荡过程中,某些离子在某时刻处于基态,某些离子在相同时刻处于激发态。或者在某时刻所有离子都处于基态,在另外一个时刻所有离子都处于激发态。其结果与晶体管电子计算机没有原则的差别,根本不是进行量子加速计算。

按照量子计算机理论,量子计算是并行计算,是一次性完成的。计算开始前,需要把所有微观粒子的单态都通过H逻辑门变成叠加态,然后一次性进行计算,得到全部结果。如果不是这样,就不可能达到2N次方数量级的加速,就不是量子计算机。

实际情况是,现在的量子计算机需要进行大量次数的运算。每次运算得到的都是一些统计性的结果。需要对这些结果进行识别、评估和修正,即所谓的纠错过程,然后再继续下一步的计算。这种计算过程实际上是传统的计算过程,与量子计算机的一次性计算根本就是两回事

如果量子计算机真的利用了量子叠加态,其内部计算过程就是一个黑盒,在外界是不可探知的。因为据说波函数的崩塌过程是不可描述的,因而也就是不可观察的

然而实际情况不是这样。关于量子计算机计算过程的可观察性,李承平等的文章《量子计算机研究(上)》对IBM研究中心的核磁共振(NMR)量子计算机有这样的描述:

值得指出的是,虽然根据量子力学原理,在量子计算过程中不允许外界窥探量子位的状态,但由于基于NMR实现的量子计算机使用上述的射频脉冲,所以可以清晰地知道量子计算机内部的每个量子位演化的阶段。

这段话的意思是,量子计算机内部的演化过程实际上是可以观察和预知的,因而仍然是经典的,不是真正的量子叠加态的演化。

早在2011年,加拿大量子计算公司D-Wave就正式宣布研究成功全球第一款商用型量子计算机"D-Wave One"。然而这个消息引起争议,瑞士和美国研究人员在《科学》杂志上发表论文说,他们对"D-Wave One"进行了测试,发现该量子计算机的整体计算性能并没有超过传统计算机,并没有观测到所谓量子加速现象。

在此之后,世界上不断有人声称研制成功量子计算机,但可以说没有一个是真的。20183月,美国谷歌宣布研究成功72比特的量子计算机Bristlecone。然而实际情况是,谷歌的量子计算机只是一种模拟量子电路处理器,其中根本没有利用到量子力学的态叠加原理。

因此,目前所有声称的量子计算机都不可能是真正的量子计算机,因为都没有利用到单个微观粒子的叠加态。所有这些量子计算机充其量是实现了对多个微观粒子的操控,或者说在多个微观粒子之间建立纠缠和关联。

需要再次强调的是,量子态纠缠与量子态叠加不是一个概念,但现在许多人把它们混为一谈。所谓纠缠态涉及到多个粒子,其本质是微观粒子的全同性原理。对于单个粒子的两个态而言,是没有纠缠问题的。许多学者没有搞清楚这两个概念的区分,经常是张冠李戴,一谈到量子计算机,就扯到纠缠态。殊不知,决定量子计算机指数加速能力的,是单粒子波函数的叠加态,而不是多粒子波函数的纠缠态。

按照目前的技术,电子计算机晶体管的尺寸已经接近达纳米的量级,即10的负9次方米。在这个尺度上,物质的量子效应已经开始出现。而原子的尺寸则在10的负10 次方米的量级,仅比经典计算机的逻辑元件小一个数量级。在可以预见的未来,电子计算机的元件还可以进一步缩小,原子计算机在尺度方面的优势就可以忽略不计。

从事量子计算机研究的人经常抱怨说,量子计算机极不稳定。为了维持一个量子比特的存在,需要几十甚至几百个经典比特的存储能力为其服务。实际上情况是,连这个需要被维持的量子比特也是假的。然而量子计算机界认为,这是由于环境的消相干作用,导致制造量子计算机的困难。

由于原子难以操纵,量子计算总是出错,需要采用纠错技术和容错技术。为此需要消耗大量的量子物理比特来做这两件事,使计算结果能够正确。按照通常的估计,为了维持一个量子逻辑比特的生存和工作,需要几百上千的量子物理比特与之配套。

也就是说量子逻辑比特就像一个娇贵的皇后,极难侍候,需要几百上千的人为她服务。假设一台量子通用计算机有100个量子逻辑比特,每个量子逻辑比特要1000个量子物理比特为它服务,总数就是10万个量子物理比特。

但这些都不是量子计算机的关键问题,因为这些问题在原则上可以通过技术进步来解决。单个微观粒子的量子波函数叠加不能被利用,才是根本的问题所在。量子计算机违背自然界事物的基本逻辑和物理学的基本规律,一切努力都是徒劳的。科学管理机构和物理学家不应当白费精力,投入过量的努力量子计算机的研究。

鉴于此,我立此存在照,断言真正的量子计算机是做不出来的。量子计算机不是理论上可以解决,技术上难以实现,而是理论上根本不可能,技术上无从谈起。

尽管量子计算机专家们可以一直做下去,不断地用经典模拟计算机和原子计算机来冒充量子计算机,不断地给社会新的许诺,不断地制造轰动效应,不断地用新的谎言来代替旧的谎言,但他们永远也做不出真正的量子计算机。真正的量子计算机是当代永动机,是天方夜谭,画饼充饥,海市蜃楼,是水中花,镜中月,人类对它永远可望而不可及。

如果单个微观粒子的叠加态不能被利用,就说明量子力学的哥本哈根解释是失败的。这关系到量子力学哥本哈根解释的生死存亡,哥本哈根迷雾将被驱散。量子计算机是一个试金石,可以真正用来了断爱因斯坦和玻尔关于量子力学本质的百年争论。

因此,计算技术的未来发展仍然寄希望于传统的电子计算机,以及在此基础上发展新型的电子计算机。北京王迪兴智能计算机技术有限公司的王迪兴先生,几年前就研究出一种十六进位制的新型计算机。与传统的二进位制电子计算机相比,王迪兴的计算机具有明确的加速计算功能,代表电子计算机的一种新的发展方向。

在图灵机理论的基础上,目前世界上已经发展出两种构型的计算机。一种是冯.诺依曼型或普林斯顿型,另外一种是哈佛型。王迪兴的计算机则当今世界的第三种计算机模型,可以称为王迪兴型机。它与前两种是很不一样的,是完全独立自主创新的,真正具有加速计算功能的新型电子计算机。

据我所知,目前已有一些专家对王迪兴型计算机给与高度的评价。为中华民族伟大的科学复兴,为把中国建成创新型的国家,我们应当更多地支持王迪兴型计算机这样的东西,而不是总跟着西方人的后面,做量子计算机这种费力不讨好的事情。

关于量子计算机更多的内容,请见本人以下文章:

1. 九章是计算机吗?

https://www.toutiao.com/i6904874702720811524/

2. 按潘建伟的逻辑,袁灿伦设计出比九章快万亿倍超级量子计算机!

  https://www.toutiao.com/i6906443924983661063/

3. 请问牛皮哄哄的谷歌,IBM和潘建伟,你们做出量子存储器了吗?

https://www.toutiao.com/i6907521514141221380/

4. 为什么说真正的量子计算机是做不出来的!

https://www.toutiao.com/i6909373987332112908/

5.  量子纠缠态”,一个被洗白了的妖孽!

https://www.toutiao.com/i6910777119475876365/

6. 量子计算机之海市蜃楼

https://www.toutiao.com/i6594262314558423565/

7.量子计算机和永动机—兼评郭光灿院士在深圳高交会上的报告

https://www.toutiao.com/i6626993650779816462/

8.《量子计算机的指数加速不可能实现—— 量子力学哥本哈根解释的错误导致量子计算机神话 》。

http://www.doc88.com/p-9866477704084.html

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