凝視奇點的物理學徒

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【費曼處理器】關於量子計算的思考

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我在讀完全書之後與其昂揚的語調和恢宏思維共鳴,所以想寫篇短文記錄這本量子計算萌芽時期著作的金句與我的反思,畢竟就實際內容而言過去20多年來實在是有數不清的量子計算科普作品寫得比本書更清晰易懂、或是討論更新穎的實驗進展,所以本篇網誌我不會逐章討論所有貝爾不等式、GHZ實驗、量子遙傳、Shor algorithm的細節.


本書背景是1998年由澳洲量子光學大師Milburn撰寫,成書於量子資訊理論和實驗都剛起步的蠻荒時代,書名費曼處理器除了致敬費曼的對量子電腦的早期貢獻外、更重要的是在行文使用和說明費曼規則和貝氏定理的不同加法,機率幅和機率的不同、以及機率幅很容易退相干等至今仍舊反直覺的量子特性,糾纏和疊加態占有不少篇幅外,Milburn 也強調量子隨機是不可畫和量子圖靈機的討論.在全文最後他提出了三個當時的主要量子計算硬體領先者和兩個後起之秀:分別是離子井(Chris 的大名98年就載入史冊)、Cacity QED(光學共振腔這邊基本上GG)、NMR(核磁共振容易做幾個量子位元、但是要規模化也基本上死路);反而是凝態看來確實整體發展的AMO領域多:超導體(squid)成為主流顯學、量子點也仍舊還有希望.

思考與引用開始:「電腦是物理裝置、是實現計算的機器,計算是一種數學概念」

這句話我非常同意,資訊科學家對待電腦的態度應該和宇宙學家對待望遠鏡的態度相同才合理.計算看似非常實際又無所不在,但計算是數學概念、電腦是實現計算的物理載體罷了,就知識的純粹程度而言,我會認為計算機科學是介於物理學和純數學之間,絕對不是什麼工程學的位置.

「從牛頓開始,科學家們就傾向於把宇宙看作是台巨大的時鐘.然而漸漸地,這種對物質世界的唯物主義描述為一種新觀念所取代:自然可以被視為一個可計算過程.現在很多科學家把世界看成巨大的訊息遊戲,在這個遊戲中的硬體部分(這些構成宇宙的實際元件),諸如亞原子粒子,已經被放到了次要位子,人們更傾向於關注硬體所攜帶的訊息和其之間的交互作用」這段文字我深感認同(畢竟我之前的自介就是think physics informationally and think informaiton physicaly).從David Deutsch 提出量子圖靈機後,我會認為21世紀最重要的物理學進展就是計算機科學和量子世界的碰撞.雖然計算是數學世界的存在,但是物理定律形式限制了計算的可能性(舉例:CHSH 實驗在古典物理能測量到2、量子物理是2.82,但有數學結構允許答案是4,不過那個宇宙需要之非局域關聯性比我們世界高太多),所以我一直很好奇量子計算能不能「有效率」的模擬實在,如果答案是不能有效模擬那代表有新物理,如果能夠以部分模擬全體那代表我們宇宙的定律或許有某種冗余,當然最有趣的情況是「未來已經被決定、但是我們完全無法有效事先模擬計算出來,只能經歷」,最後這種情況對於自由意志是很有趣的情境.

當然都寫到這裡了得引用惠勒的經典名言「IT FROM BIT 萬物來自位元」,物理實在/物理定律能不能夠自資訊與計算中浮現實在是令人著迷的問題,畢竟科學的真正關鍵就在於問問題,「問題本身就是創造性活動,只有當我們無法以實驗的形式向自然提問時,科學才會終結,一個恰當的問題往往能夠導致重大科學突破」,我相信不論萬物是否來自位元(量子位元),都會是和相對論/量子力學等級相同的認知革命.

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