雷鋒網(wǎng)按，量子計(jì)算無(wú)疑是2019年最受關(guān)注的前沿技術(shù)之一，IBM、谷歌、英特爾相繼宣布了其最新成果，特別是谷歌宣布實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)更是引發(fā)轟動(dòng)。當(dāng)然，量子計(jì)算在學(xué)術(shù)圈也有不少進(jìn)展，外媒livescience盤點(diǎn)了12個(gè)最重要的量子實(shí)驗(yàn)，許多實(shí)驗(yàn)都打破了我們的常規(guī)認(rèn)知，文末的原文鏈接中有每個(gè)實(shí)驗(yàn)更具體地介紹，有興趣的讀者可以查閱。

小規(guī)模的事件也會(huì)產(chǎn)生巨大的后果。沒(méi)有哪個(gè)學(xué)科能比量子物理學(xué)更好地證明了這一點(diǎn)，量子物理學(xué)探索的是非常小物體的奇怪行為。在2019年，量子實(shí)驗(yàn)進(jìn)入了新的領(lǐng)域，盡管存在一些爭(zhēng)議，實(shí)用的量子計(jì)算距離現(xiàn)實(shí)越來(lái)越近。下面這些是2019年最重要、最令人驚訝的量子事件。

谷歌宣布“量子霸權(quán)”

（圖片來(lái)源：Eric Lucero / Google，Inc.）

如果2019年有一個(gè)量子新聞要被載入史冊(cè)，那可能是來(lái)自Google的一個(gè)重大公告：這家科技公司宣布已實(shí)現(xiàn)“ 量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）”。這是一種自命不凡的說(shuō)法，那就是Google所制造的計(jì)算機(jī)可以比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地執(zhí)行某些任務(wù)。（經(jīng)典計(jì)算機(jī)依賴于常規(guī)的1和0，例如你用于閱讀本文的設(shè)備。）

谷歌的量子霸權(quán)主張如果得到證實(shí)，將標(biāo)志著計(jì)算機(jī)歷史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。量子計(jì)算機(jī)依賴奇怪的小規(guī)模物理效應(yīng)（例如糾纏），以及納米宇宙中的某些不確定性來(lái)執(zhí)行計(jì)算。從理論上講，這種特性使這些計(jì)算機(jī)比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)具有某些優(yōu)勢(shì)。它們可以輕松破解傳統(tǒng)的加密方案，發(fā)送完美加密的消息，比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更快地運(yùn)行某些模擬計(jì)算，更容易解決通常認(rèn)為的難題。困難在于，直到Google的宣布之前，沒(méi)有人能制造出和理論一樣，足夠快的量子計(jì)算機(jī)，或者至少?zèng)]有一個(gè)人能做到。

但是，并非所有人都接受這家科技公司的量子霸權(quán)主張。俄克拉荷馬州立大學(xué)的量子懷疑論者和研究員Subhash Kak在一篇文章中闡述了進(jìn)行生命科學(xué)的幾個(gè)原因。

雷鋒網(wǎng)注，谷歌宣布量子霸權(quán)之后，既有支持者，也有反對(duì)者，具體可以參考《谷歌「量子霸權(quán)」文章正式在Nature發(fā)表，圈內(nèi)人評(píng)價(jià)“或?qū)⒂瓉?lái)下一波科技浪潮”》、《炮轟 Google “實(shí)現(xiàn)量子霸權(quán)”論，IBM 拿出了終極依據(jù)》。

千克量子

2019年的另一個(gè)量子拐點(diǎn)來(lái)自度量衡世界。標(biāo)準(zhǔn)的千克是定義所測(cè)量物體質(zhì)量的單位，在130年的歷史里，都是以在法國(guó)一個(gè)房間里重2.2磅的鉑銥圓柱體為標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)這個(gè)在今年發(fā)生了改變。

舊的公斤相當(dāng)好，過(guò)去幾乎沒(méi)有變化。但是新的千克幾乎完美，它是基于質(zhì)量和能量之間的基本關(guān)系，以及量子尺度上能量行為的奇怪特性，物理學(xué)家能夠得出一個(gè)千克的定義，該定義從今年到宇宙終結(jié)將不會(huì)改變。

現(xiàn)實(shí)有點(diǎn)破裂 

圖片來(lái)源：Shutterstock / Juergen Faelchle）

一個(gè)物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)量子實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明事實(shí)會(huì)根據(jù)一個(gè)人對(duì)形勢(shì)的看法發(fā)生變化。物理學(xué)家使用微型量子計(jì)算機(jī)中的光子進(jìn)行了一次“拋硬幣”，得到的結(jié)論是，在不同的探測(cè)器上結(jié)果是不同的，這取決于他們的觀點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)學(xué)家在《生命科學(xué)》上的一篇文章中寫道：“我們證明，在由量子力學(xué)的奇怪規(guī)則支配的原子和粒子的微觀世界中，兩個(gè)不同的觀察者有權(quán)獲得自己的事實(shí)。換句話說(shuō)，根據(jù)我們對(duì)自然本身構(gòu)成部分的最佳理論，事實(shí)實(shí)際上可以是主觀的?！?/p>

首次看到糾纏圖像

（圖片來(lái)源：格拉斯哥大學(xué)/ CC得分4.0）

物理學(xué)家第一次拍攝了阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）描述為“遠(yuǎn)距離的怪異動(dòng)作”現(xiàn)象的照片，其中兩個(gè)粒子盡管被隔開一定距離仍保持物理聯(lián)系。量子世界的這一特征早已通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但這是第一次有人看到它。

最大規(guī)模疊加

 

（圖片來(lái)源：維也納大學(xué)Yaakov Fein）

在某些方面，量子疊加是量子糾纏的反義詞，它使單個(gè)物體可以同時(shí)處于兩個(gè)（或多個(gè)）位置，這是物質(zhì)作為粒子和波同時(shí)存在的結(jié)果。通常，這是通過(guò)像電子這樣的微小顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

但是在2019年的一次實(shí)驗(yàn)中，物理學(xué)家設(shè)法實(shí)現(xiàn)了有史以來(lái)最大規(guī)模的疊加：使用“龐大”的，來(lái)自醫(yī)學(xué)界稱為“富含氟烷基硫烷基鏈的低聚四苯基卟啉”的2000個(gè)原子的分子。

熱量穿越真空

照片顯示了允許熱量穿過(guò)空白空間的實(shí)驗(yàn)裝置。（圖片來(lái)源：加州大學(xué)伯克利分校的紫羅蘭·卡特）

在正常情況下，熱量只能以一種方式穿越真空——輻射。（在夏日，當(dāng)太陽(yáng)的光線越過(guò)空間穿透你的臉時(shí)，你會(huì)感受到。）在標(biāo)準(zhǔn)物理模型中，熱量以兩種方式移動(dòng)：首先，帶電粒子可以撞擊成其它粒子并轉(zhuǎn)移其能量。（用手握住一杯溫暖的茶上即可感覺(jué)到這種效果。）其次，溫暖的液體可以替代較冷的液體。（當(dāng)你打開車內(nèi)的加熱器，使溫暖的空氣充滿車內(nèi)時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。）因此，沒(méi)有輻射，熱量就無(wú)法越過(guò)真空。

但是像往常一樣，量子物理學(xué)打破了規(guī)則。在2019年的一次實(shí)驗(yàn)中，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)事實(shí)，在量子維度上，真空并不是真正的空。取而代之的是，它們充滿了微小的、隨機(jī)的波動(dòng)，這些波動(dòng)會(huì)突然出現(xiàn)或消失。研究人員發(fā)現(xiàn)，在足夠小的范圍內(nèi)，熱量可以通過(guò)從一個(gè)波動(dòng)躍遷到顯然是空的空間中的另一個(gè)波動(dòng)，從而穿越真空。

因果反轉(zhuǎn)

（圖片來(lái)源：NASA / JPL-Caltech）

接下來(lái)的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)非經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的發(fā)現(xiàn)，甚至超出了傳統(tǒng)量子物理學(xué)的領(lǐng)域。但是研究量子引力（一種旨在統(tǒng)一量子力學(xué)世界和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論的理論構(gòu)架）的研究人員表明，在某些情況下，一個(gè)事件可能會(huì)導(dǎo)致時(shí)間更早事件發(fā)生的效應(yīng)。

由于廣義相對(duì)論，某些非常重的物體可能會(huì)影響它們附近的時(shí)間流。我們知道這是真的。量子疊加表明物體可以同時(shí)在多個(gè)地方。研究人員寫道，將一個(gè)非常重的物體（例如大行星）置于量子疊加狀態(tài)，你可以設(shè)計(jì)因果關(guān)系順序錯(cuò)誤的奇異場(chǎng)景。

量子隧道破裂

（圖片來(lái)源：Shutterstock）

物理學(xué)家早就知道一種被稱為“量子隧穿”的奇怪效應(yīng)，也就是粒子穿過(guò)似乎無(wú)法通過(guò)的屏障。不是因?yàn)樗鼈兲《l(fā)現(xiàn)了孔，2019年，一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了這是如何發(fā)生的。

量子物理學(xué)說(shuō)粒子也是波，你可以將這些波視為粒子位置的概率預(yù)測(cè)。但是它們?nèi)匀辉诓▌?dòng)。海浪撞向海洋中，它會(huì)損失一些能量，但另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)較小的海浪。研究人員發(fā)現(xiàn)，在量子世界中也會(huì)發(fā)生類似的效應(yīng)。而且，只要在障礙物的遠(yuǎn)端還有幾分概率波，粒子就有機(jī)會(huì)使其穿過(guò)障礙物，并在似乎不適合的空間中穿行。

金屬氫可能已經(jīng)出現(xiàn)在地球上

（圖片來(lái)源：NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstadt / Justin Cowart）

對(duì)于超高壓物理學(xué)來(lái)說(shuō)，這是重要的一年。最大膽的主張之一來(lái)自法國(guó)的一家實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室宣布已為材料科學(xué)創(chuàng)造了一種圣杯物質(zhì)——金屬氫。在足夠高的壓力下，例如被認(rèn)為存在于木星核心的壓力，單質(zhì)子氫原子被認(rèn)為是堿金屬。但是，從來(lái)沒(méi)有人能夠產(chǎn)生足夠高的壓力來(lái)證明在實(shí)驗(yàn)室中的效果。該團(tuán)隊(duì)說(shuō)，今年他們看到了425吉帕斯卡（420萬(wàn)倍于海平面的大氣壓）。但是，并非每個(gè)人都贊成該主張。

量子烏龜

（圖片來(lái)源：芝加哥大學(xué)Courtesy of Lei Feng）

用磁場(chǎng)破壞大量的過(guò)冷原子，你將看到“量子煙花”：原子噴流沿隨機(jī)的方向發(fā)射。研究人員懷疑煙花中可能有圖案，但是從外觀上并不清楚。不過(guò)，借助計(jì)算機(jī)，研究人員發(fā)現(xiàn)了煙花效果的形狀——量子烏龜。但是，還沒(méi)有人知道為什么要采用這種形狀。

一臺(tái)微型量子計(jì)算機(jī)使時(shí)光倒流

（圖片來(lái)源：Africa Studio / Shutterstock）

時(shí)間只能朝一個(gè)方向移動(dòng)：向前。將牛奶灑在地面上，無(wú)法完全干燥污垢并將同樣干凈的牛奶倒回杯中。一個(gè)擴(kuò)散的量子波函數(shù)是不會(huì)擴(kuò)散的。

除了在這種情況。物理學(xué)家們使用一個(gè)微型的兩比特量子計(jì)算機(jī)，編寫出一種算法，該算法可以將波的每一個(gè)波紋返回到產(chǎn)生它的粒子上，從而消除事件并有效地使時(shí)光倒退。

另一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)看到了16種未來(lái)

（圖片來(lái)源：Sergei Slussarenko /格里菲斯大學(xué)）

量子計(jì)算機(jī)依賴疊加而不是1和0，它們具備一次執(zhí)行多個(gè)計(jì)算的能力。這一優(yōu)勢(shì)在2019年開發(fā)的新型量子預(yù)測(cè)引擎中得到了充分展示。該引擎背后的研究人員通過(guò)模擬一系列關(guān)聯(lián)事件，能夠?qū)?6種可能的未來(lái)編碼為引擎中的單個(gè)光子。現(xiàn)在是多任務(wù)處理！

雷鋒網(wǎng)編譯，via livescience

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