量子系统

　　选自acm.org 　　 作者：Don Monroe 　　 机器之心编译 　　 编辑：Panda 　　 从看似无关的主题中发现某种共同特质是件挺有意思的事，而且说不定会带来理解事物的新方式。本文探讨了著名量子算法 Grover 搜索算法与完全弹性碰撞这一问题之间的关联。 　　 　　在科学和数学领域，许多看似无关的主题之间存在某些共同的特质。这样的相似性有时能同时为这两个领域带来重大的进展，不过很多时候这样的相似性只是单纯地很有趣。 　　去年 12 月，谷歌一位物理学家 Adam Brown 发现：一种基本量子计算算法与一种用于计算无理数 π 的奇妙方法之间存在一种异常精确的关系。「目前来说这个发现只是单纯很有意思，但我们希望找到思考事物的新方式，人们未来也许能使用这种方式寻找之前无法看到的联系。」Brown 说，「对于一个现象，多种思考角度是非常有用的。」 　　在网上发布的一篇预印本论文中（目前尚未完成同行评议）， Brown 表明两个看似无关的问题之间存在某种数学上的相关性 。其中一个问题是为量子计算机提出的著名的 Grover 搜索算法，理论上它比任何经典搜索算法都更快。另一个问题则是一个出人意料的过程：通过统计理想弹性球的碰撞次数来得到任意精度的 π 值。 　　 量子算法 　　量子计算要用到量子比特，每个量子比特可以同时表示两个状态，而它们通常用离子或超导回路构建

　　点击图片访问小程序报名参加开营仪式 　　一直以来，科学家和工程师们都在努力复刻人脑的工作原理，由此诞生了我们熟悉的神经网络。 　　在这一过程中，人们也在尝试复制感官能力，英特尔的神经拟态芯片 Loihi 就是一项最新的研究成果：它拥有 13 万个神经元（1024 核），实现了嗅觉模拟，掌握了 10 种危险品不同气味的神经表征。 　　 　　图丨英特尔神经拟态研究芯片 Loihi（来源：Tim Herman / 英特尔公司） 　　人类的嗅觉识别看似只有闻一闻这个动作，但背后的机制非常复杂。 　　如果你拿起一个葡萄柚闻一闻，水果分子就会刺激鼻腔内的嗅觉细胞。鼻腔内的细胞会立即向你的大脑嗅觉系统发送信号，一组相互连接的神经元中的电脉冲就会在这个嗅觉系统中产生嗅觉。 　　无论闻到的是葡萄柚、玫瑰还是有害气体，你大脑中的神经元网络都会产生该物体特有的感觉。同样，你的视觉和听觉、回忆、情绪和决策都有各自的神经网络，它们都以特定的方式进行计算。 　　 神经拟态计算的优势 　　神经拟态计算（Neuromorphic Computing）是一个由硬件开发、软件支持、生物模型相互交融而成的古老领域，旨在基于仿生的原理让机器拥有类人的智能。 　　低功耗、高容错、创造性…… 人脑有太多值得机器追赶的能力，因此也是很多计算科学家为之向往的存在。在人脑这个仅占 3% 人体质量的器官中，1000 亿个神经元携

本文主体内容出自独立研究员 Andy Matuschak 以及帮助开创量子计算和现代开放科学运动的科学家 Michael Nielsen 的量子计算科普性文章《Quantum Computing for the Very Curious》，详细介绍了量子计算的入门知识，如量子位及其状态、通用量子计算和量子计算机等。 机器之心分析师网络，作者：仵冀颖，编辑：H4O。 1900 年，德国物理学家普朗克（Max Planck）提出量子概念，「量子论」就此宣告诞生。1981 年，著名物理学家费曼 Richard Feynman 提出了量子计算 / 量子计算机的概念，自此，量子力学进入了快速转化为真正的社会技术的进程，人类在量子计算应用发展的道路上行进的速度也越来越快。 关于量子计算，我国量子光学的泰斗级人物郭光灿院士在文章中是这样阐述的：「量子比特可以制备在两个逻辑态 0 和 1 的相干叠加态，换句话讲，它可以同时存储 0 和 1。考虑一个 N 个物理比特的存储器，若它是经典存储器，则它只能存储 2^N 个可能数据当中的任一个，若它是量子存储器，则它可以同时存储 2^N 个数，而且随着 N 的增加，其存储信息的能力将指数上升，例如，一个 250 量子比特的存储器（由 250 个原子构成）可能存储的数达 2^250, 比现有已知的宇宙中全部原子数目还要多。」 但是

　　传统的信息处理器会将信息在不同物理载体中倒腾，这些载体可以是伴随计算机科学一路走来的各种存储设备，例如磁盘、光盘以及闪存等等。 　　同样的， 量子信息技术也涉及信息在不同载体之间的操作。 只不过承载量子信息的载体就有些不同了，科学家们通常采用量子系统承载信息，而量子系统的不同量子态就是信息的最终表达方式。 　　最简单的量子系统是一个量子比特（qubit），一般有两个状态——“0” 和 “1”，但是不同于经典数位状态只编码两种信息，一个二状态量子比特实际上可在任何时间为两个状态的叠加态，也就是说可以编码很多信息，而这也是量子比特能够承载更多信息的缘由。 　　 就最新的发展来看，由单原子和单分子构成的复合型量子纠缠系统已经诞生，对未来考虑使用分子进行量子信息处理产生推动作用。 　　 这项工作的论文在线发表于学术期刊 Nature 上，由中美科学家联合完成，题为 “Quantum entanglement between an atom and a molecule”。 论文第一作者与通讯作者、中国科学技术大学物理学院近代物理系教授林毅恒，曾师从 2012 年诺贝尔物理奖得主 David Wineland 教授，并于美国国家标准技术研究所担任访问研究员。 　　 　　（来源：Nature） 　　 首次原子和分子之间的量子纠缠 　　文中不但介绍了迄今为止最小的量子系统—