2013年5月27日 星期一

量子電腦(三)

上文提到現時的超級電腦就是用上了極多部的電腦,作’平行’運算。不要說甚麼超級電腦,我現在就是用一部i7 cpu的電腦,已經是四核心,某程度上就是四部電腦集合在一起。

量子電腦,在某個意義上就是極多部電腦的組合,但就和把多部物理電腦集合在一起的運作原理完全不同。我們可理解成,量子電腦祗有一個處理器,但就是有以億計電腦的計算力,這就是基於一個非常難理解的現象:平行宇宙!

在繼續說下去前,我想引用量子力學鼻祖Bohr的一句話:’若你不覺得量子物理學古怪和不合理,你便是不真正理解量子物理學’和諾貝爾物理學獎得主Richard Feynman所說的:’任何可與日常生活經驗類比的,都不是量子物理學。’我已警告了你!

我在大學時,量子物理讀得一團糟,原因正是我的專長就是類比,我有能力把很複雜的理論和日常生活的現象類比,所以,讀不了量子物理學!

平行宇宙或多宇宙的理念,就是說存在著無限多的宇宙。舉個例子,你和友人擲毫決定誰請客,可能出現的結果是公或字,亦祗可能有一個結果,不可能是同時是公和字。但平行宇宙的理論就是說結果是公和字是同時出現的,祗是在兩個不同的宇宙,又或更確切的說,每個時刻都會演化出多個宇宙,每個宇宙都包括著一個狀態(可能性)。

平行宇宙理論本是一篇博士論文,起初學術界頗難接受這個觀念,因為按這個推論,我們必會有接近無限多的宇宙。這實難用常識去理解!

在日常生活的宏觀世界,平行宇宙論真是難以想像的。但在微觀的量子世界,科學家就發覺鐵證如山,特別是量子級的干涉現象,可以說是接近判別實驗了。上面提到的Richard Feynman就是開發了一個獨特的計算方法,因而得了諾貝爾獎,其理念就是要累加所有平行宇宙的路徑,來解決很多量子力學的問題。

看不明白上面說甚麼?正常的!我已一早警告了你。但要理解的重點是在平行宇宙裏,所有狀態(可能性)都同時在發生,在電腦學上,我們會稱一個二進制位元為bit,bit可以是0或1,但在同一時間內,祗可以是其中之一。但在量子電腦上bit變成了qbit,qbit一樣可以是0或1,但不同於bit,它可以同時是0和1,亦即是進入了兩個平行的宇宙。

想像一下,若進入了兩個平行宇宙,不就是可以分別進行運算,問題是如何返回結果,因為量子物理學會告訴我們,一觀察一粒量子,就會引發其狀態的崩坍。一個著名的例子便是把一隻貓放在一個盒子內,而盒內有一個隨機裝置可能會,也可能不會殺死這隻貓。量子理論便告訴我們,在我們打開盒子觀察貓的生死前,貓其實是同生同死,亦即在生死兩個平行宇宙。祗是我們的觀察,就令狀態發生崩坍,貓的生死也固定下來。

以上的比喻在學術界仍有不少爭論,但重要的是,在量子世界,平行宇宙確實存在。量子電腦便是按這原理構作,我剛才說一個qbit便會有2個可能性,亦即兩個平行宇宙,2個qbit便會有4個平行宇宙,10個qbit便會有1024個平行宇宙,而20個qbit便會有超過1,000,000個平行宇宙!

今天我們的電腦大部份都是採用64 bit的處理器,若我們能構建一部64 qbit的量子電腦,請你算一算會是多少個平行宇宙!若能在每個宇宙獨立運算,然後又有辦法組合其結果,想想這是甚麼級別的計算力!

現時的量子電腦究竟能做到多好尚是高度機密。但可以肯定的是現時量子電腦的制作成本非常高昂,按公開的資料,一部量子電腦的入門價是 一千五百萬美元。這還不止,操作時要保持在0.02K,即非常接近絕對零度,液態氮(醫療界常用來作冷凍治療)其沸點都祗是77K!要達到這個低溫,就祗有用液態He-3,運作成本之高昂,可想而知。再說,這樣的操作必定很困難,穩定性亦必然很低!

不要說量子電腦可以普及到放在你我的桌面,祗要其價格再便宜一些,操作再簡易一些,穩定性再改善一些,政府就可以大量使用,其驚人之計算力就會顛覆我們的很多基本概念。其對政治和經濟的影響,下文再續。

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