第十一週心得報告回覆 李湘楠 Dec. 29, 2008
從這週報告可看出同學們最感興趣的,也最不暸解的是量子電腦的原理,透過管老師的演講,至少大部分的同學已認識這個複雜系統的某個面向,在以下的回覆中,我嘗試將所有的面向拼湊起來,希望能解答方薌等同學的提問.
怡蕙,羿賢,子翔,子信,景彥清楚說明了古典電腦的極限,哲宇,昱培,佩君也解釋了摩爾定律的瓶頸,上週回覆中已談到,隨著電晶體變小,積體電路變密,耗能與散熱的問題愈形嚴重,欲突破此極限,必須訴諸量子力學.出發點是找到可顯示不同狀態(亦即0和1)的單位,亦即其珊,暉敦查到的qbit,是由古典電腦裏的單位bit加上quantum(量子)的字首組合而成的新辭彙.目前正在研究的qbit包括駿宏提及的,可進行核磁共振的核自旋,雷射光交錯形成的光子晶體等,這些qbit已小至奈米尺度,所以量子力學的特性開始顯現,如家豪,彥如,澤儒指出的,它們的狀態會像光波一樣疊加起來,形成量子糾纏態,套用物理的術語,qbit具有同調性.
因為qbit狀態的疊加,量子電腦的每個動作其實牽涉許多狀態的同時處理,不像古典電腦,每次只處理一個狀態,所以量子電腦的工作原理和宗錡,珈鈞提及的平行運算截然不同,後者的原理仍是古典的,只是將一件工作的不同部分交與不同的電腦完成.
宗浩畢竟來自應數系,精確得指出qbit狀態的疊加屬於二維複數空間中的線性組合,玉婷甚至將量子糾纏態描述為尖端在一球面上游走的向量,已達到物理系同學的理解層次.承恩查到的Bell Inequality是利用量子糾纏態進行的實驗,當初愛因斯坦和玻爾進行量子力學正確性的世紀辯論時,建議這個實驗,目的在挑戰量子力學,很可惜的,實驗尚未完成,愛因斯坦就過世了.
如立言,鈞傑所言,量子電腦的開發仍在起步階段,目前遭遇的困難是昕諭,宗錡,弋鈞,彥璋談到的量子態的穩定性.qbit之間的同調性極易消失,這也是俊能強調量子電腦必須在極低溫度下運轉的原因,以避免熱擾動破壞同調性.完全同意智彥的論點,科學家不僅要研發量子電腦的硬體,如qbit的操控,還必須發展利用qbit同調性的量子運算軟體.
藝方,宇軒擔憂量子電腦可快速破解密碼,反而引起困擾,其實科學家會發展相應的加密技巧,加密技巧並不侷限於分解因數.炯恩,羿成,馨云,斯盈觸及的量子密碼學,是利用量子糾纏態一旦讀取即被破壞的特性,可以偵測是否被第三者竊聽;量子糾纏態同時具有彥如,姵文提到的不可複製性,所以第三者也無法複製加密的資料.
此外,偉彤查了量子的定義,很多物理量其實是不連續的,譬如電子的能階,這些有違古典經驗的現象,通常只在微小尺度下發生,正在上映中的電影"量子危機" 和量子的物理意義並無關聯.正岳查到電晶體發展的歷史,當初科學家製造出第一個電晶體時,也不知道它有何用處,再度驗證我常強調的,太著重實用性反而侷限科學的發展.瑞陽,愛玲問到量子傳輸,必須說明人無法像"星際大戰"電影裏一樣,從甲地被傳輸至乙地,量子傳輸指的其實是量子狀態的傳輸.
怡君,孟節,澤佑反應這次演講的內容比較艱深,因為量子電腦的新穎概念牽涉未來的資訊革命,對國防,通訊,科技,民生均有重大影響,還是安排了這個主題,希望同學知道這是未來計算機的發展方向即可.
珈鈞說向文法商的同學解釋如此複雜的物理知識,對管老師是很大的挑戰,其實這門課對所有參與的老師都是第一次嘗試,當然也都是很大的挑戰,經過這學期與同學的互動,我大致已掌握改進的方向,包括內容深淺的控制,主題的挑選,領域的配置,課堂上活動的進行等,未來應該可以讓同學更有參與感.