雷鋒網(wǎng)按，量子計算無疑是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，特別是谷歌宣布實現(xiàn)量子霸權(quán)更是引發(fā)轟動。當然，量子計算在學術(shù)圈也有不少進展，外媒livescience盤點了12個最重要的量子實驗，許多實驗都打破了我們的常規(guī)認知，文末的原文鏈接中有每個實驗更具體地介紹，有興趣的讀者可以查閱。

小規(guī)模的事件也會產(chǎn)生巨大的后果。沒有哪個學科能比量子物理學更好地證明了這一點，量子物理學探索的是非常小物體的奇怪行為。在2019年，量子實驗進入了新的領(lǐng)域，盡管存在一些爭議，實用的量子計算距離現(xiàn)實越來越近。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)”

（圖片來源：Eric Lucero / Google，Inc.）

如果2019年有一個量子新聞要被載入史冊，那可能是來自Google的一個重大公告：這家科技公司宣布已實現(xiàn)“ 量子霸權(quán)（Quantum Supremacy）”。這是一種自命不凡的說法，那就是Google所制造的計算機可以比傳統(tǒng)計算機更快地執(zhí)行某些任務(wù)。（經(jīng)典計算機依賴于常規(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，將標志著計算機歷史上的一個轉(zhuǎn)折點。量子計算機依賴奇怪的小規(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執(zhí)行計算。從理論上講，這種特性使這些計算機比傳統(tǒng)計算機具有某些優(yōu)勢。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)計算機更快地運行某些模擬計算，更容易解決通常認為的難題。困難在于，直到Google的宣布之前，沒有人能制造出和理論一樣，足夠快的量子計算機，或者至少沒有一個人能做到。

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的量子懷疑論者和研究員Subhash Kak在一篇文章中闡述了進行生命科學的幾個原因。

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)人評價“或?qū)⒂瓉硐乱徊萍祭顺薄薄?/a>、《炮轟 Google “實現(xiàn)量子霸權(quán)”論，IBM 拿出了終極依據(jù)》。

千克量子

2019年的另一個量子拐點來自度量衡世界。標準的千克是定義所測量物體質(zhì)量的單位，在130年的歷史里，都是以在法國一個房間里重2.2磅的鉑銥圓柱體為標準。不過這個在今年發(fā)生了改變。

舊的公斤相當好，過去幾乎沒有變化。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，物理學家能夠得出一個千克的定義，該定義從今年到宇宙終結(jié)將不會改變。

現(xiàn)實有點破裂 

圖片來源：Shutterstock / Juergen Faelchle）

一個物理學家團隊設(shè)計了一個量子實驗，實驗表明事實會根據(jù)一個人對形勢的看法發(fā)生變化。物理學家使用微型量子計算機中的光子進行了一次“拋硬幣”，得到的結(jié)論是，在不同的探測器上結(jié)果是不同的，這取決于他們的觀點。

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

首次看到糾纏圖像

（圖片來源：格拉斯哥大學/ CC得分4.0）

物理學家第一次拍攝了阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）描述為“遠距離的怪異動作”現(xiàn)象的照片，其中兩個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實驗驗證，但這是第一次有人看到它。

最大規(guī)模疊加

 

（圖片來源：維也納大學Yaakov Fein）

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

但是在2019年的一次實驗中，物理學家設(shè)法實現(xiàn)了有史以來最大規(guī)模的疊加：使用“龐大”的，來自醫(yī)學界稱為“富含氟烷基硫烷基鏈的低聚四苯基卟啉”的2000個原子的分子。

熱量穿越真空

照片顯示了允許熱量穿過空白空間的實驗裝置。（圖片來源：加州大學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，當太陽的光線越過空間穿透你的臉時，你會感受到。）在標準物理模型中，熱量以兩種方式移動：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到這種效果。）其次，溫暖的液體可以替代較冷的液體。（當你打開車內(nèi)的加熱器，使溫暖的空氣充滿車內(nèi)時，就會發(fā)生這種情況。）因此，沒有輻射，熱量就無法越過真空。

但是像往常一樣，量子物理學打破了規(guī)則。在2019年的一次實驗中，物理學家發(fā)現(xiàn)了這樣一個事實，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、隨機的波動，這些波動會突然出現(xiàn)或消失。研究人員發(fā)現(xiàn)，在足夠小的范圍內(nèi)，熱量可以通過從一個波動躍遷到顯然是空的空間中的另一個波動，從而穿越真空。

因果反轉(zhuǎn)

（圖片來源：NASA / JPL-Caltech）

接下來的發(fā)現(xiàn)遠非經(jīng)過實驗驗證的發(fā)現(xiàn)，甚至超出了傳統(tǒng)量子物理學的領(lǐng)域。但是研究量子引力（一種旨在統(tǒng)一量子力學世界和愛因斯坦的廣義相對論的理論構(gòu)架）的研究人員表明，在某些情況下，一個事件可能會導(dǎo)致時間更早事件發(fā)生的效應(yīng)。

由于廣義相對論，某些非常重的物體可能會影響它們附近的時間流。我們知道這是真的。量子疊加表明物體可以同時在多個地方。研究人員寫道，將一個非常重的物體（例如大行星）置于量子疊加狀態(tài)，你可以設(shè)計因果關(guān)系順序錯誤的奇異場景。

量子隧道破裂

（圖片來源：Shutterstock）

物理學家早就知道一種被稱為“量子隧穿”的奇怪效應(yīng)，也就是粒子穿過似乎無法通過的屏障。不是因為它們太小而發(fā)現(xiàn)了孔，2019年，一項實驗說明了這是如何發(fā)生的。

量子物理學說粒子也是波，你可以將這些波視為粒子位置的概率預(yù)測。但是它們?nèi)匀辉诓▌?。海浪撞向海洋中，它會損失一些能量，但另一側(cè)會出現(xiàn)較小的海浪。研究人員發(fā)現(xiàn)，在量子世界中也會發(fā)生類似的效應(yīng)。而且，只要在障礙物的遠端還有幾分概率波，粒子就有機會使其穿過障礙物，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

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

對于超高壓物理學來說，這是重要的一年。最大膽的主張之一來自法國的一家實驗室，該實驗室宣布已為材料科學創(chuàng)造了一種圣杯物質(zhì)——金屬氫。在足夠高的壓力下，例如被認為存在于木星核心的壓力，單質(zhì)子氫原子被認為是堿金屬。但是，從來沒有人能夠產(chǎn)生足夠高的壓力來證明在實驗室中的效果。該團隊說，今年他們看到了425吉帕斯卡（420萬倍于海平面的大氣壓）。但是，并非每個人都贊成該主張。

量子烏龜

（圖片來源：芝加哥大學Courtesy of Lei Feng）

用磁場破壞大量的過冷原子，你將看到“量子煙花”：原子噴流沿隨機的方向發(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，借助計算機，研究人員發(fā)現(xiàn)了煙花效果的形狀——量子烏龜。但是，還沒有人知道為什么要采用這種形狀。

一臺微型量子計算機使時光倒流

（圖片來源：Africa Studio / Shutterstock）

時間只能朝一個方向移動：向前。將牛奶灑在地面上，無法完全干燥污垢并將同樣干凈的牛奶倒回杯中。一個擴散的量子波函數(shù)是不會擴散的。

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

另一臺量子計算機看到了16種未來

（圖片來源：Sergei Slussarenko /格里菲斯大學）

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

雷鋒網(wǎng)編譯，via livescience

相關(guān)文章：

Intel 發(fā)布首款低溫控制芯片，將加快商用量子系統(tǒng)開發(fā)

亞馬遜AWS宣布進軍量子計算 | re:Invent

谷歌「量子霸權(quán)」文章正式在Nature發(fā)表，圈內(nèi)人評價“或?qū)⒂瓉硐乱徊萍祭顺薄?/a>

炮轟 Google “實現(xiàn)量子霸權(quán)”論，IBM 拿出了終極依據(jù)

雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。