2020年12月4日,中國大陸宣布成功製造76個光子的量子電腦,命名為九章。以此命名,是為了紀念中國大陸最早的數學專著《九章算術》。
而九章運算速度比Google公司2019年推出的量子電腦足足快了100億倍,真是令人驚訝的速度!
量子係宇宙之中最細小的物質,我們肉眼看不見,但就在萬物之中的世界。眼前的物體若將其放大,超過了毛髮,超過了細胞,再放大就會到了分子、原子,以及組成原子的亞原子粒子(即質子、中子、電子、介子、夸克等等),世上任何物質放大到最後都是這樣。量子力學就是研究這些微小粒子如何運作、如何互動。
研究結果發現微觀世界的一些行為現象,完全顛覆我們現實世界的經驗,可以說是不合邏輯、不合科學的,然而微觀世界卻又的確是這樣。
量子力學創始人哥本哈根學派領袖波爾曾經說過,如果有人對量子力學不感到困惑,那只能說明他不懂量子力學。
量子糾纏
量子的第一個特性,量子糾纏。想像桌上有二枚硬幣,各自旋轉,當你將其中一枚按停,顯示出正面,另一枚亦同時停下會顯示反面;反之,若將一枚按停,顯示為反面,則另一枚亦同時停下會顯示正面;更不可思議的是,若二枚硬幣分離到無限遠的距離,這個現象亦會同時發生,也就是說,作用速度比光速還快。
連偉大的科學家愛因斯坦亦不相信這種現象,因為他不相信世界上有比光速更快的物質,而稱之為「幽靈般超距離作用」。
1982年,法國科學家證明確實有超過光速「幽靈般超距離作用」的存在,這種現象被稱爲「量子糾纏」。
量子疊加
量子的第二個特性,量子疊加。量子力學另一位大師薛丁格,曾用想像舉例:假設把一隻貓放進裝設有毒氣開關的盒子,在一段時間後,開關有50%機會放出毒氣,殺死這隻貓,請問貓到底是死或活?根據量子力學,這隻貓會同時處於存活,以及已經死亡的疊加態,而不是如日常生活我們預料的50%機會存活、50%機會已死。
更離奇的是,同時存活及死亡這疊加態,是我們無法觀察到的,因為實驗者一打開盒子,只會觀察到一隻活貓或一隻死貓,而不是同時處於活狀態與死狀態的貓。也就是說,當有人打開盒子去觀測時,量子疊加的現象,立即塌縮變成一種狀態。
有趣的事來了,按量子力學的疊加特性,世間萬物皆是處於類似上揭那只貓一樣死活同時存在的疊加狀態,當人們眼前所看到的景象,其實是已經塌陷的狀態,而不是原來的樣貌。這點愛因斯坦亦不相信,曾經指著天上的月亮說:「我不相信月亮只有在我去看它的時候才存在」。中國大陸的量子科學家舉孫悟空的七十二變來說明量子疊加現象,孫悟空拔出毛髮吹一口氣,立即變出(疊加)許多分身。
量子力學的規則與我們現實世界的法則大相逕庭,我們日常的經驗與在量子世界見到的任何一切截然不同。在量子力學的世界裏,一切都是機率,只有如此才能解釋上揭量子世界的一些不合理現象,亦說明科學目前仍有其侷限性。
量子電腦
量子電腦就是利用疊加特性製造而成。傳統電腦的運算模式,來自幾十年前的馮紐曼架構(現在電腦的通用架構),一次只允許「0、1」單個數字出現;而量子電腦可以疊加無數個「0、1」,自然能夠加快運算速度,跑得比傳統電腦更快。
量子衛星
中國大陸已將量子糾纏運用在衛星通訊,2016年8月16日發射升空,成為全球第一顆設計用於進行量子科學實驗的衛星;2017年6月16日,墨子號首先成功實現,兩個量子糾纏光子被分發到相距超過1200公里的距離後,仍可繼續保持其量子糾纏的狀態。2019年墨子號整體實驗設計獲美國《科學》雜誌評選得獎。
目前量子領域,仍舊是中美雙雄爭霸的格局,因為量子科技能為經濟、軍事、科研、安全等領域帶來優勢,成為了新時代國家實力的象徵。職是,在量子科技領域,有遠見、勢力強盛的國家都在量子科技領域投入大量資金與人才,畢竟誰贏得量子科技的勝利,誰就更可能成為未來的強國。