还记得在2018年上映的电影《复仇者联盟3:无限战争》中，有一个场景是奇异博士研究1400万种可能的未来，寻找英雄们获胜的单一时间轴吗？也许有了量子计算机的帮助，他会过得更轻松。
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来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)和澳大利亚格里菲斯大学(Griffith University)的一组研究人员构建了一个量子设备原型，可以在同时叠加量子的情况下产生所有可能的未来。新加坡南大的助理教授谷美利(Mile Gu)解释说：当我们思考未来时，我们面临着大量的可能性。
博科园：Mile Gu领导了支撑该模型的量子算法开发。例如，即使我们每分钟只有两种选择的可能，在不到半个小时的时间里，有一千四百万种可能的未来。不到一天，这个数字就超过了宇宙中原子的数量。然而研究小组意识到，量子计算机可以通过将所有可能的未来放在量子叠加中来检测——类似于薛定谔的猫，它同时是活的和死的。为了实现这一计划，他们与格里菲思大学(Griffith University)杰夫•普赖德(Geoff Pryde)教授领导的实验小组合作。
- 与经典粒子不同，量子粒子可以在不同方向的量子叠加中运动，谷美利和格里菲斯大学的研究人员利用这一现象设计了量子器件，可以产生所有可能未来的量子叠加。图片：NTU, Singapore
该团队共同实现了一个特别设计的光子量子信息处理器，在该处理器中，一个决策过程的潜在未来结果由光子(光的量子粒子)的位置表示。然后他们证明量子装置状态是多个潜在未来的叠加，由它们发生的概率加权。新加坡研究小组成员杰恩·汤普森(Jayne Thompson)博士说：这个装置的功能受到诺贝尔奖得主理查德·费曼(Richard Feynman)启发。当费曼开始研究量子物理时，他意识到，当一个粒子从a点移动到B点时，它不一定遵循一条路径。
相反，它同时与所有连接这些点的可能路径相交，新研究工作扩展了这一现象，并利用它对统计未来进行建模。这台机器已经演示了一个应用程序——测量我们对当前特定选择偏见对未来的影响。方法是为每种偏差合成所有可能未来的量子叠加，通过相互干扰这些叠加，可以完全避免单独观察每一个可能的未来。事实上，许多当前的人工智能(AI)算法都是通过观察自身行为的微小变化如何导致不同未来结果来学习的，因此该技术可能会让量子增强人工智能更有效地学习自己行为的效果。
用于实验的实验装置的图片，图片：Griffith’s University
该团队指出，虽然目前的原型同时模拟最多16种未来，但基本的量子算法原则上可以无限制地扩展。这就是这个领域如此令人兴奋的原因。这很容易让人想起上世纪60年代的经典电脑。正如很少有人能想象上世纪60年代经典计算机的多种用途一样，我们对量子计算机能做什么仍然一无所知。每一项新应用的发现都为他们的技术发展提供了进一步的动力，这项研究发表在即将出版的《自然通讯》上。
博科园-科学科普｜研究/来自: 南洋理工大学物理与数学科学学院
参考期刊文献:《自然通讯》
DOI: 10.1038/s41467-019-08951-2
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