加载中…是量子计算机，还是原子计算机？
(2021-01-08 11:17:49)
标签：
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的错误解释基础上。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。这种计算机也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，因此将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0和1，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0和1。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0和1。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0和1，但不能同时存储0和1。
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2的N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。2018年3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只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
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。然而量子计算机界却认为，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，就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，投入过量的努力做量子计算机的研究。
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，是画饼充饥，是海市蜃楼，是水中花，是镜中月，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.
https://www.toutiao.com/i6904874702720811524/
2.
3.
https://www.toutiao.com/i6907521514141221380/
4.
https://www.toutiao.com/i6909373987332112908/
5.
https://www.toutiao.com/i6910777119475876365/
6.
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 》。
喜欢
0
赠金笔