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欧洲联赛 · 2019-05-15

1994年,美国电话电报公司(AT&T)研讨中心的数学家彼得肖尔(Peter Shor)发现,“量子核算机”这种针惜打针假定的设备能够快速分化很多数字,然后破解大部分现代暗码,由此“量子核算守望妻子机”一举成湖南腊味六绝名。但真要缔造量子核算机,还面对一个基本问题:即它们物理部件的固有缺点。

与一般核算机的二进制信息不同,“量子位元”(量子信息的计量单位)由量子粒子组成,这些粒子有必定概率一起处于两种状况| 0⟩或| 1⟩中的一种。量子位元相互效果时,它们的或许状况变得相互依赖,每个粒子处于| 0韩国电影妈妈⟩仍是| 1⟩的概率取决于其他粒子。随著量子位元变得越来越“羁绊”,这种概率决议联络的或许性扩增。保持和操作粒子一起发作的或许性的指数增加是量子核算机理论上如此强壮的原因。

可是量子位元十分简略犯错。最弱小的磁场或漂泊微波脉冲都会使量子位元发作“比特翻转”(bit-flips)与“相位翻转”(phase-flips)。比特翻转会改动粒子与其他粒子相关的成为 | 0⟩或| 1⟩的概率;相位翻转则会转化粒子的两个状况之间的数学联络。要使量子核算机运转,科学家有必要找到即便是在单个量子位元被损坏时依然能够维护信息的计划。此外,这些计划有必要在不直接丈量量子位元的状况下检测和纠正过错,因为丈量会分裂量子位元共存的或许性而使其成为既定实践:可是一般二进制中的0或1无法支撑量子核算。

1995年,肖尔持续他的分化算法,并得到了另一个惊人的发现:证明晰岩忍者日志“量子纠错码”的存在。核算机科学家杜瑞特阿哈罗诺夫(Dorit Aharonov)和迈克尔贝诺尔(Michael benor)(以及其他独立作业的研讨人员)在一年后证明,从理论上讲,这些代码能够使过错率降至挨近零。德克萨斯大学的量子核算机科学家斯科特阿伦森(Scott Aaronson)说:“这是九十年代的首要发现,它让人们信任可扩展的量子核算有望成为实践;也让人们信任这仅仅一个令人吃惊的工程问题罢了。”

现在,即便国际各地的实验室中正呈现小型量子核算机,但咱们还需求几年或几十年才干造出那些远胜于一般核算机的有用量子核算机。需求更有用的量子纠错码来应对实在量子位元令人生畏的过错率。阿伦森标明,尽力规划更好的代码是该范畴的首要推动力之一,当然一起也要改善硬件。

但在曩昔二十五年对这些代码的不懈寻求中,2014年发作了一件风趣的作业,其时物理学家发现了量子差错批改与空间、时刻和引力的性质之间存在深层联络的依据。在阿尔伯特爱因斯坦(Albert Einstein)的广义相对论中,引力的界说是空间和时刻(时空)在大质量物体周围曲折(抛向空中的球在时空中沿直线运动,但时空自身向地球曲折,所以咱们看到球在空中呈抛物线运动)。可是,尽管爱因斯坦的理论很强壮,可是物理学家们依然信任,引力必定有一个更深层次的量子来源,在这个来源中,时空结构会以某种办法呈现。

依然是2014年,三位年青的量子引力研讨人员有了惊人的亻革族发现。他们在一个叫做“反德西特空间”(Anti-de Sitter space)的像一个全息图的“玩具国际”中作业。这个国际内部时空的曲折结构是由处于其外部鸿沟上的羁绊量子粒子发作的投射。艾哈迈德阿尔米黑利(Ahmed Almheiri),董席(音译,Xi Dong)和丹尼尔哈洛(Daniel Harlow)的核算标明,时空的这种全息“呈现”就像一个量子纠错码。他们在《高能物理学报》(Journal of High Energy Physics)友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析上宣布论文估测,时空自身至少是反德西特(AdS)国际中的代码。这篇论文在量子引力学界引起轰动,而且他们还发现了能取得更多的时空特性的新的量子纠错码。

加州理工学院的理论物理学家约翰普雷斯基尔(John Preskill)标明,量子差错批改解说了时空是怎么完成其“内涵稳定性”的,尽管时空是由软弱的量子织造而成的。普雷斯基尔说道:“咱们没有如履薄冰,需求不时保证咱们不会让其几许结构溃散。在我看来,这种与量子差错批改的相关是对这种状况最深入的解说。”

量子差错批改的“言语”也友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析开端使研讨人员能林青霞回想刘文正够探究黑洞的奥妙:黑洞是一个球形区域,在这里,时空急剧地朝中心向内曲折,甚至连光都无法从此逃逸。现现在在新泽西州普林友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析斯顿高级研讨所作业的艾哈迈德说:“全部都能够追溯到黑洞。”这些矛盾重重的当地是引力到达高峰和爱因斯坦广义相对论失效的当地。他持续说道:“有一些痕迹标明,假如你了解时空运用了哪个代码,该代码或许有助于咱们了解黑洞内部。”

作为额定的收成,研讨友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析人员期望全息时空也能为可扩展任家蓉量子核算指明方向,完成肖尔和其他人在长久以来的想象常群勇。“时空比咱们聪明得多,”艾哈迈德说,“在这些结构中运用的量子纠错代码是十分有用的代码。”

那么,量子纠错码是怎么作业的呢?在不稳定的量子位元中维护信息的窍门不是将其存储在单个量子位元中,而是存储在多个量子位元相互羁绊的形式中。

举一个简略的比如,试想一个三量子位元代码,这种代码运用三个“物理”量子位元来维护毕玉玺抖音单个“逻辑”量子位元信息使其免受比特翻转的影响(这段代码对量子差错校对用途不大,因其不能避免相位翻转,但它依然具有指导意义。)处于| 0⟩状况的逻辑量子位元与三个同为| 0⟩状况的物理量子位元相对应;处于| | 1⟩状况的对应于三个1⟩状况的 。该体系是在这些状况的“叠加”,叠欧阳马小云加到指定的| 000⟩+ | 111⟩。假定有一个量子位元发作比特翻转,咱们怎么在不直接丈量任何量子位元的状况下检测并纠正过错?

量子位元能够经过量子线路中的两个门输入。一个门查看第一个和第二个物理量子位元的奇偶性(不论它们是否相同);另一个门查看第一个和第三个物理量子位元的奇偶性。当没有过错时(即量子位元处于| 000 + | 111⟩状况),奇偶性查看门断定第一个和第二个或许第一个和第三个量子位元总是相同。但古力娜扎被p遗像是假如第一个量子位元不小心呈现比特翻转,发作卫士神圣不可侵犯|100⟩ + |011⟩状况,查看门就会在友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析两对量子位元中都发现差异;第二个量子位元呈现比特翻转时,发作| 010⟩+ | 101⟩状况,查看门则会检测到第一个和第二个量子位元不同,第一个和第三个依然相同;第三个量子位元发作比特翻转,查看门则会顺次作出“相同、不同”的指示。这些不同的成果提醒了需求进行哪些纠正(假如需求的话)——这种纠正能够在不影响逻辑量子位元的状况下康复第一个、第二个或第三个物理量子位元的比特翻转。艾哈迈德说道:“对我来说,量子差错批改就像魔法相同。”

最好的纠错码一般能够从略多于一半的物理量子位元康复全部已编码的信息,即便其他的已损坏。2014年艾哈迈德、董席和丹尼尔哈洛从量子差错批改或许与反德西特空间发作于量子羁绊的办法有关得到启示,发现这一实践。

值得注意的是反德西特空间不同于咱们的“德西特”(de Sitter)国际的时空几许。咱们的国际充满了使其无限胀大的正真空能量,而反德西特空间则充满了负真空能量,这使国际具有了埃舍尔(M.C. Escher,荷兰画家)《圆形极限》之一的双曲几许的姿态。埃舍尔画作中镶嵌的生物变得越来越小,从圆圈的中心向外移动,终究在圆周处消失;相同,从反德西特空间中心向外辐射的空间维度逐步缩小,终究消失,构成国际的外鸿沟。1997年,出名物理学家胡安马尔达西那(Juan Maldacena)发现,曲折的时空结构内部与处于低维无重力鸿沟上的粒子量子理论是“全息对偶”的,尔后,反德西特空间开端在量子引力理论家中大受欢迎。

好像上百个物理学家在曩昔二十年中做的那样,在探究对偶性是怎么作业的进程中,艾霍尊霍苗合照哈迈德和他的搭档注意到反德西特空间内部的任何一点都能够由一半多一点的鸿沟结构而成——就像在一个最优量子纠错码中相同。

在他们的论文中,他们估测全息时空和量子差错校对是一回事,描绘了怎么将一个简略的代码了解为一个二维全息图。代码由三个“三态粒子”(存在于三种状况中的恣意一种状况的粒子)组成,它们坐落一个圆的等距点上。相互羁绊的三个三态粒子编码一个逻辑三态粒子,与圆中心的一个时空点对应。代码维护该点不被三个三态粒子中的任何一个消除。

当然,一个点不同于一个国际。2015年,哈洛、普雷斯基尔、费尔南多帕萨夫斯基(Fernando Pastawski)和贝尼吉田(Beni Yoshida)发现了另一种全息码,昵称为“高兴代码”(HaPPY code),它发现了反德西特空间的更多特性。该研讨范畴的领头人、斯坦福大学的帕特里克海登(Patrick Ha青蜂侠周杰伦yden)说:“这种代码砖是用五边形的积木拼成的,就像‘小修补匠玩具’,每个修补匠代表一个时空点。这些瓷砖将扮演埃舍尔画的瓷砖中鱼的人物。”

在高兴代码和其他现已发现的全息纠错计划中,内部时空中被称为“羁绊楔形”的区域内的全部都能够由鸿沟相邻区域上的量子位元重建。海登标明,鸿沟上堆叠的区域会有堆叠的羁绊楔形,就像量子核算机中的逻辑量子位元能够从许多不同的物理量子位元子会集仿制相同。“这便是纠错特性的效果地点。”

加州理工学院物理学家普雷斯基尔说:“量子差错批改为咱们供给了一种更遍及办法来用这种代码言语考虑几许问题。在我看来,这一言语应该适用于更遍及的状况。”特别是要适用于像咱们这样的德西特国际,可是因为缺少空间鸿沟,经证明到现在为止德西特空间作为一个全息图愈加难以了解。

现在,像艾哈迈德、哈洛和海登这样的研讨人员还在坚持研讨反德西特空间,该空间与德西特空间有许多一起的要害特点且更易于研讨。两种时空几许都遵从爱因斯坦的理论;仅仅在不同的方向上曲折罢了。最重要的是,友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析或许这两种国际都包含黑洞。“引力最基本的性质是存在黑洞,”哈洛说道,他现在是麻省理工学院的物理学助理教授,“这便是引力不同于其他力的原因。也是为什么量子引力难以了解的原因。”

量子差错批改言语为描绘黑洞供给了一种全新的办法。海登以为,黑洞的存在是由“可纠正性的溃散”来界说的,“过错太多,以至于咱们再也无法追寻时空中发作了什么,这时就有了黑洞。黑洞就像贮存咱们无知的容器。”

当涉及到黑洞内部时,无知总是无处不在。斯蒂芬霍金(Stephen Hawking)1974年的一次彻悟以为黑洞发出热量,终究会蒸腾殆尽,提出了“黑洞信息悖论”,这一悖论提出了信息在被黑洞吞噬后会发作什么改变的问题。物理学家需求引力的量子理论来了解坠入黑洞的物质是怎么逃出黑洞的。这个问题或许与国际学和国际的诞生有关,因为国际大爆炸时奇点的胀大很像引力坍缩成黑洞的相反进程。

反德西特空间简化了信息问题。因为反德西特国际的边柯润东界在全息上对偶于其内部的全部,包含黑洞。落入黑洞的信息也永久不会丢掉,总是在国际的鸿沟上被全息编码。核算标明,要从鸿沟上的量子位元重建黑洞内部的信息,需求触摸大约四分之三的鸿沟上相互羁绊的量子位元。艾哈迈德说:“一半多一点现已不够了。”他又弥补道,需求四分之三求好像说明晰量子引力的一些重要意义,但为什么是四分之三“仍是一个悬而未决的问题”。

2012年,艾哈迈德初次声名鹊起,这位瘦高的阿联酋物理学家和他的三位合作者进一步论述了黑洞信息悖论。他们的推理标明,刚开端信息或许会被黑洞视界上的“防火墙”阻挠掉入黑洞。

和大多数物理学家相同,艾哈迈德实践上并不信任黑洞防火墙的存在,可是要找到绕过黑洞防火墙的办法十分困难。现在,他以为是量子差错修经过维护信息(即便信息穿过黑洞的视界)阻挠防火墙构成。在他10月份宣布的最新的个人著作中,他指出量子差错批改关于保持一个叫做虫洞林芷嘉的双口竹浆纸为什么不能擦嘴黑洞的“视界时空平稳性至关重要”。他估测,量子差错批改以及避免性防火墙,也是量子位元怎么在坠入黑洞后,经过内部和外部之间的羁绊逃脱黑洞,而这些羁绊自身就像微型虫洞。这将处理霍金提出的黑洞信息悖论。

本年,美国国防部正在赞助对全息时空的研讨,假如这方面的发展或许催生出更高效的量子核算机上海海关学院包分配吗纠错代码呢?

在物理学方面,像咱们这样的德西特国际是否能用量子位元和暗码进行全息描绘还有待调查。阿伦森说:“它们之间的联络在一个国际中出名,但这个国际明显不是咱们地点的国际。”在上一年夏天的一篇论文中,现就职于加州大学圣巴巴拉分校的董(Dong)和一起作者伊娃西尔弗斯坦(Eva Silverstein)以及贡萨洛托罗巴(Gonzalo Torroba)尝试用原始的全息描绘朝着研讨德西特的方友邦,天安门简笔画,花图片-电脑硬盘ssd精选,ssd厂商调研,ssd各类型速度剖析向迈出了一步。研讨人员仍在研讨这一特别的提议,但普雷斯基尔以为量子差错批改的言语终究会应用到实践的时空中。

他说:“这是一种将空间维系在一起的真实羁绊。假如你想用小碎片将时空织造在一起,你有必要用正确的办法将它们环绕在一起。而正确的办法便是要树立一个量子纠错码。”

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