能復(fù)活超級(jí)英雄的除了時(shí)間寶石，還有量子計(jì)算機(jī)？

原標(biāo)題：能復(fù)活超級(jí)英雄的除了時(shí)間寶石，還有量子計(jì)算機(jī)？

四月最值得期待的新片，絕對(duì)非《復(fù)仇者聯(lián)盟4》莫屬了。

打個(gè)響指就消滅了全宇宙一半人的滅霸，上一部虐的善男信女們死去活來(lái)。在最新的海報(bào)中，32位復(fù)聯(lián)英雄只能以“黑“和“白”陰陽(yáng)兩隔的形式出現(xiàn)，生死相望。

想想都森氣，滅霸必須死，不接受別的結(jié)局，否則編劇就等著收刀片吧！

但在此之外，被滅霸搞消失的超級(jí)英雄和人類(lèi)還能回來(lái)嗎？最有可能性的方案就是通過(guò)某種超能力或者道具逆轉(zhuǎn)時(shí)間線。

最近國(guó)外媒體的一則爆炸性新聞發(fā)現(xiàn)，除了并不真實(shí)存在的時(shí)間寶石，量子計(jì)算機(jī)也能逆轉(zhuǎn)時(shí)間，雖然只是幾分之一秒，但也足夠令人興奮了。

到底是“標(biāo)題黨”還是確有其事？人類(lèi)真的能逆轉(zhuǎn)時(shí)間之輪么？我們先來(lái)聊聊這篇論文到底說(shuō)了些什么？

逆轉(zhuǎn)時(shí)間：量子計(jì)算機(jī)的新能力？

如果你發(fā)現(xiàn)一盤(pán)被打散的臺(tái)球在沒(méi)有任何外部干預(yù)情況下自動(dòng)回到了三角框里，一定會(huì)覺(jué)得是有人用倒放欺騙了你的眼睛。

畢竟連幾千年前的古人都知道“逝者如斯夫，不舍晝夜”。后來(lái)的物理學(xué)也證明，宇宙的終極規(guī)則是“熵”，如果不施加外力，所有的事物都會(huì)從有序走向無(wú)序?？傊?，時(shí)間倒流是違反熱力學(xué)第二定律的。

因此，最近莫斯科物理與技術(shù)研究所、美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在《科學(xué)報(bào)告》（Scientific Reports）上發(fā)表的一篇論文，聲稱可以利用IBM的量子計(jì)算機(jī)逆轉(zhuǎn)“時(shí)間之箭”，就迅速吸引了國(guó)外媒體爭(zhēng)相報(bào)道，其中不乏一些老牌的科學(xué)媒體，比如《發(fā)現(xiàn)》（Discover）。

在經(jīng)典物理學(xué)中，粒子散射就如同前面提到的打臺(tái)球一樣，被球桿擊打的臺(tái)球會(huì)以直線行進(jìn)，要將其恢復(fù)到本來(lái)的狀態(tài)，就如同把破碎的茶杯重新組合在一起，顯然是不可能的。

但在量子世界中，分散的例子會(huì)像多個(gè)方向擴(kuò)散，它的行進(jìn)方向，是一個(gè)如同把石頭扔進(jìn)池塘?xí)r產(chǎn)生的環(huán)狀波紋。因此，要將粒子恢復(fù)到原始狀態(tài)，就需要一個(gè)“超級(jí)系統(tǒng)”，來(lái)提供外力發(fā)現(xiàn)并正確操縱量子波。

（實(shí)驗(yàn)的四個(gè)階段）

為了更清晰地了解整個(gè)研究，我們來(lái)復(fù)盤(pán)一下實(shí)驗(yàn)的四個(gè)不同階段：

階段1：秩序。研究者勾勒出了一個(gè)小區(qū)域，讓每個(gè)量子位元如同三角框中的臺(tái)球一樣，以高度有序的狀態(tài)待在固定區(qū)域內(nèi)；

階段2：演進(jìn)。啟動(dòng)量子計(jì)算機(jī)的進(jìn)化程序，量子位元如同被球桿推動(dòng)的臺(tái)球，開(kāi)始向更大的區(qū)域擴(kuò)散，變得混亂而復(fù)雜。

階段3：時(shí)間逆轉(zhuǎn)。這時(shí)，通過(guò)一個(gè)設(shè)計(jì)精確的特殊程序，量子計(jì)算機(jī)就可以誘導(dǎo)時(shí)間“向后”逆轉(zhuǎn)，從混沌走向有序。就像出現(xiàn)一位大神，給臺(tái)球桌施加了完美計(jì)算的一記踢腳。

階段4：重生。如果“踢”成功了，階段2的反向操作就開(kāi)始啟動(dòng)，量子位元會(huì)沿著行進(jìn)軌跡折返回去，最終復(fù)位成初始狀態(tài)的“三角形”。

研究人員在雙量子位量子計(jì)算機(jī)中，得到了85%的相同成果?？紤]到量子力學(xué)是由概率而不是確定性決定的，或許得出這個(gè)結(jié)論并不困難：在科學(xué)上實(shí)現(xiàn)時(shí)空旅行的幾率是相當(dāng)高的。這直接顛覆了人們的既有認(rèn)知。

但事實(shí)果真如此嗎？

別急著歡呼：時(shí)間逆轉(zhuǎn)是不可能的，這輩子都不可能的

在一個(gè)分離成遙遠(yuǎn)部分的量子系統(tǒng)中，局部違反熱力學(xué)第二定律被證明是可能的，難怪領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的資深科學(xué)家瓦萊里·維諾庫(kù)(ValeriiVinokur)認(rèn)為：“我們做了以前認(rèn)為不可能的事情。”

在被記者問(wèn)到，這項(xiàng)研究能不能“讓老年人重新年輕”時(shí)，維諾庫(kù)也玩笑式地肯定，“也許（可以）”，只要“有了適當(dāng)?shù)馁Y金”。

別說(shuō)了我會(huì)相信的！恐怕很多人都難以抵御這樣的神話，如果時(shí)間能夠倒流，多少遺憾都不會(huì)發(fā)生，多少傳奇人生會(huì)被改寫(xiě)？最起碼年輕幾歲多享受下人生也很值得期待不是嘛？

But，原本很有趣的實(shí)驗(yàn)被包裝成“逆轉(zhuǎn)時(shí)間之箭”的成果發(fā)表出來(lái)的時(shí)候，很容易就從科學(xué)新發(fā)現(xiàn)推到謠言的邊緣。

之所以這么說(shuō)，是因?yàn)檠芯空邆冸[藏了很多關(guān)鍵信息，只把最吸引眼球的部分曝露給大眾。

關(guān)鍵信息1：實(shí)驗(yàn)的局限性。

不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)非常小的局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行觀察和演算的。這意味著，想要將實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)到真實(shí)的宇宙中，研究者需要精準(zhǔn)地知道粒子在太空中的位置。

但現(xiàn)實(shí)情況是，宇宙始終受到“熵”的影響，不斷向著混亂的方向發(fā)展。含有電子的空間區(qū)域會(huì)很快擴(kuò)散，“薛定諤的貓”會(huì)從盒子里跑掉，人們根本不可能知道電子的精確位置，逆轉(zhuǎn)時(shí)間也就無(wú)從談起。

（經(jīng)過(guò)130多億年的膨脹，宇宙變得越來(lái)越無(wú)序）

關(guān)鍵信息2：觀察的可能性。

之所以研究者必須要將實(shí)驗(yàn)局限在特定范圍內(nèi)，是因?yàn)橐谧匀唤缰卸ㄎ涣Ｗ訉?shí)在是太困難了。

其實(shí)，在非實(shí)驗(yàn)條件下，粒子也會(huì)和環(huán)境相互作用，類(lèi)似逆轉(zhuǎn)的情況也偶有發(fā)生，如同臺(tái)球碰到桌沿反彈回原位一樣。但為什么我們從來(lái)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)過(guò)“時(shí)間逆轉(zhuǎn)”的現(xiàn)象呢？

因?yàn)樵谟钪嬷杏^察電子復(fù)位這種偶發(fā)事件，基本不可能。一個(gè)人需要花費(fèi)和宇宙生命一樣漫長(zhǎng)的時(shí)間（137億年）來(lái)定位電子的位置，然后憂傷地發(fā)現(xiàn)粒子的反向演變可能只會(huì)發(fā)生一次，并且只是回到不足一百億分之一秒的過(guò)去。

放到更大規(guī)模和更長(zhǎng)時(shí)間尺度的事物上，比如臺(tái)球運(yùn)動(dòng)、火山噴發(fā)什么的，往往有著驚人數(shù)量的電子和其他粒子。去思考逆轉(zhuǎn)它們，就像給猴子一臺(tái)打印機(jī)教它寫(xiě)出一本莎士比亞詩(shī)歌，理論上講只要時(shí)間足夠長(zhǎng)，總是有可能實(shí)現(xiàn)的，盡管這么做毫無(wú)意義。

（臺(tái)球中一次擊球的長(zhǎng)時(shí)間曝光攝影）

關(guān)鍵信息3：結(jié)果的可用性。

當(dāng)然了，夢(mèng)想是要有的。但即使是在非常理想的情況下，花費(fèi)漫長(zhǎng)的時(shí)間在宇宙中定位到了想要讓時(shí)間倒流的事物，目前的量子計(jì)算機(jī)算法還不足以支撐如此龐大的行為藝術(shù)。

該實(shí)驗(yàn)采用的算法模型，當(dāng)量子位元增加到第三個(gè)的時(shí)候，就只剩50%的成功率了。研究人員解釋說(shuō)，隨著更復(fù)雜的設(shè)備涉及，算法的錯(cuò)誤率會(huì)下降，并且會(huì)不斷消除噪音來(lái)更新算法。

那么問(wèn)題來(lái)了，同樣的模擬過(guò)程在現(xiàn)有的電腦上也能夠?qū)崿F(xiàn)，只需要把時(shí)間向相反的方向模擬就可以了。現(xiàn)在只是把設(shè)備換成IBM的量子計(jì)算機(jī)，等于告訴大家普通的人類(lèi)小男孩套上鋼鐵俠的裝備就能打敗滅霸……我信你個(gè)鬼，你個(gè)論文壞得很！

果然很快就有國(guó)外的量子科學(xué)家直接打臉，公開(kāi)批評(píng)該研究“不是時(shí)間機(jī)器，也沒(méi)有違反任何物理定律?！?/p>

“標(biāo)題黨”的背后

盡管“逆轉(zhuǎn)時(shí)間”的大肆炒作，距離謠言也不遠(yuǎn)了，但這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)也并非一無(wú)是處。

至少，它讓量子計(jì)算以一種奇趣的方式走進(jìn)了大眾視野，展現(xiàn)出了技術(shù)背后的無(wú)盡可能性。并且，通過(guò)時(shí)間實(shí)驗(yàn)來(lái)有效地返回并清除錯(cuò)誤，能夠大大降低量子計(jì)算機(jī)的故障率，提高它的工作效率，為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用鋪平道路。

同時(shí)，它也展現(xiàn)出今天量子計(jì)算發(fā)展進(jìn)程中的某些尷尬。

如今幾乎所有有實(shí)力的國(guó)家，包括美國(guó)、中國(guó)、日本等，以國(guó)防、軍工為代表的頂級(jí)科研力量都開(kāi)始在量子計(jì)算領(lǐng)域發(fā)力。IBM、谷歌、百度、阿里巴巴等國(guó)際頂尖的科技企業(yè)也都在加大量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)和商用力度。

在這樣“自上而下”的技術(shù)風(fēng)潮中，量子計(jì)算被曲解成了一種神秘的未來(lái)武器。

大眾很容易認(rèn)為并且相信，量子計(jì)算機(jī)能夠完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)所不能完成的任務(wù)，這也是為什么，“時(shí)間逆轉(zhuǎn)”這樣的“標(biāo)題黨”居然能夠忽悠到一些老牌科技媒體的背書(shū)。

為了避免輿論的過(guò)度“捧殺”而太快進(jìn)入“技術(shù)幻滅期”的冷宮，我們不妨通過(guò)這起“裝逼失敗”的案例，來(lái)說(shuō)說(shuō)量子計(jì)算應(yīng)用的真實(shí)限制：

首先，現(xiàn)有的硬件距離實(shí)用水平還有很長(zhǎng)一段路要走。

量子計(jì)算機(jī)想要取代經(jīng)典計(jì)算機(jī)，首先要達(dá)到50量子比特的水平。目前的最新進(jìn)展是，IBM已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了50量子比特的量子計(jì)算原型機(jī)，Google也推出了72量子比特的計(jì)算芯片。

但這并不意味著量子計(jì)算機(jī)可以立馬完成很多經(jīng)典計(jì)算機(jī)做不到的工作。因?yàn)榱孔颖忍財(cái)?shù)量的增加并不是硬件能力的唯一要素，還必須增加相干性才行。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，量子比特是以串列的形式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，只要計(jì)算機(jī)對(duì)一個(gè)量子比特進(jìn)行處理，影響就會(huì)立即傳送到其他的量子比特上。量子相關(guān)性越大，量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算效率才會(huì)越高。但如何提升相干性，目前依然面臨不小的挑戰(zhàn)。

另外，工程上編寫(xiě)量子算法的經(jīng)驗(yàn)和思維尚不完備。

從“時(shí)間逆轉(zhuǎn)”實(shí)驗(yàn)中不難看出，研究人員最終是將傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的邏輯和方式，架設(shè)在量子計(jì)算機(jī)的硬件能力之上，用來(lái)解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)解決過(guò)的問(wèn)題。換句話說(shuō)，量子計(jì)算機(jī)在其中發(fā)揮的作用，只是提供更大規(guī)模的算力和“噱頭”罷了。

這是因?yàn)?，算法的不同，決定了量子計(jì)算機(jī)和傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的編程方式也大不一樣。

舉個(gè)例子，我們?yōu)橐活w晶體拍了一些X射線照片，并試圖通過(guò)這些照片恢復(fù)出晶體的結(jié)構(gòu)。

如果是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)算法，那就是對(duì)著這個(gè)晶體的整體圖案進(jìn)行因式分解。當(dāng)然中間需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的樣本計(jì)算，但歸根結(jié)底，它的邏輯還是符合人類(lèi)的認(rèn)知常識(shí)。

但量子算法卻非常反直覺(jué)。它不需要看到整張照片，針對(duì)幾個(gè)包含關(guān)鍵信息的樣本點(diǎn)進(jìn)行并行運(yùn)算并將結(jié)果組合起來(lái)，就能還原出整個(gè)晶體的形狀。

要搞量子計(jì)算，意味著現(xiàn)有開(kāi)發(fā)人員所掌握的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技能幾乎是完全用不上的。編寫(xiě)不出合理的量子計(jì)算機(jī)算法，可不就只能“殺雞用牛刀”了嘛。

（受X射線晶體學(xué)啟發(fā)產(chǎn)生了多項(xiàng)式運(yùn)行時(shí)間的量子算法）

從目前的大環(huán)境看來(lái)，量子計(jì)算機(jī)更擅長(zhǎng)的，是發(fā)揮指數(shù)加速運(yùn)算的優(yōu)勢(shì)，解決經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法處理的數(shù)學(xué)問(wèn)題。

比如對(duì)飛機(jī)路線或鐵路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，可能產(chǎn)生2的n次方種可能性，研究人員需要嘗試每一種可能性找到最佳解決方案。經(jīng)典計(jì)算機(jī)可能需要漫長(zhǎng)的時(shí)間才能完成，而一臺(tái)100量子比特的量子計(jì)算機(jī)能夠通過(guò)一次操作就搞定它。

這種強(qiáng)大的能力如果廣泛運(yùn)用到材料科學(xué)或藥品研發(fā)等領(lǐng)域，即便不能逆轉(zhuǎn)時(shí)間，也足以讓時(shí)間帶來(lái)的損耗最小化，讓人類(lèi)的遺憾來(lái)的更晚、更少一點(diǎn)。

相反地，那些總想搞事情的大新聞，要么脫離實(shí)際效率不高，要么老瓶裝新酒的過(guò)度包裝，反而可能加深大眾對(duì)量子計(jì)算不切實(shí)際地想象。

或許在遙遠(yuǎn)的某一天，人類(lèi)真的可以開(kāi)啟時(shí)光機(jī)器。至少現(xiàn)在，想要靠逆轉(zhuǎn)時(shí)間拯救全宇宙，恐怕還是得依靠漫威英雄的“超能力”了！

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