【講座報導】如何打造一台量子電腦

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  Stella Y.T. Sun (科學推展中心特約編輯)


量子電腦不是更快、更大或更新版的古典電腦,而是另外一種計算機,適合處理多重路徑的問題。

秋天,十月中的週末,正適合來一場科普講座。中央研究院物理研究所研究員陳啟東博士長年致力於開發超導量子位元,研究興趣包含超導元件以及奈米電子元件等多樣領域,此次受邀前往台中科博館進行演講,主題正是圍繞著最近最夯的話題-量子電腦,讓我們一起來瞧瞧陳博士所介紹的量子世界。

什麼是好的科學題目?不管是學術論文,或者是業餘研究,首先要有個好的構想,再來它得值得花時間去研究,第三,它需要足夠有趣,也需要足夠困難,最後,也是最大的一個重點,這個題目還沒有被解決,但是差不多可以被解決了。此番見解引用自粒子物理學家薩瓦斯・季莫普洛斯,是陳博士對打造一台量子電腦所下的一番註釋。

量子電腦的專長在於「少量的輸入和輸出資料,但輸入和輸出之間有無窮的可能選項」,例如,尋找從一個固定起點到一個固定終點之間可以走的路線,我們可以直觀地認為某一條路線為正解,也就是選擇那條路的機率為最高,但實際上存在多種可能性,我們並不能證明其他的路線不存在。量子電腦和古典電腦最大的差別在於:古典電腦一次處理一種選項、一一確認它的正確性,而量子電腦可以一次處理多種選項,在朦朧中尋找正確機率最大的選項,並利用重疊態來同時計算。

再來談的是薛丁格的貓,在一個箱子中放一隻貓與一瓶毒藥,毒藥上面有支被拉住的錘子,設計一套系統,當放射性元素隨機跑出粒子的瞬間,鐵鎚就會掉下,打破裝有毒藥的玻璃瓶,旁邊的貓就會死去,在這個實驗之中,毒藥與貓有交互作用而產生糾纏,古典的狀態是指瓶子沒有破、貓便活著,或者瓶子破掉後、貓即死去,而量子糾纏的狀態則是指貓活著或死去的機率,其最大的差別在於古典狀態在量測前貓的死活已經確定,與量測與否無關,而量子的世界則更為奇妙,箱子尚未打開之前,貓和藥瓶的關聯仍然存在,死活未定,只有量測當下才會有定案。

將疊加態與糾纏機制應用於量子計算,就是有別於古典電腦的量子計算機,它不是更快、更大或更新版的古典電腦,而是另外一種計算機,使用了量子力學波動的相干效應,適合處理多重路徑的問題。今日雖然簡短地介紹了兩種量子計算機的基礎機制,但將此機制應用於產品開發還有一段長遠的路、充滿了學問,也該是解決它的時候了-量子電腦-正等著各位前往探索深掘。

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