在量子的世界裡,量子可以做什麼生意?

2020-11-30 中國IDC圈

在量子技術的新時代背景下，詹姆斯·麥肯齊（James Mckenzie）預見了商業界和產業界由此迎來的發展機遇。

量子技術發展到了一個激動人心的時代。在美國、歐洲和中國，都有量子技術的大型項目，而英國則處於這一領域的前沿。2013年英國政府啟動了國家量子技術項目，並於上一年又追加了三億一千五百萬英鎊的預算，用於支持這一領域的發展和商業化進程。

這是非常了不起的舉措，然而，舉措背後的動機又是什麼？如果你對於量子技術並不熟悉，在這個領域進行大手筆的投入可謂冒險之舉。我不禁想起了電影《布萊恩的一生》中的經典臺詞：羅馬人為我們做了什麼貢獻？電影角色提了很長一串羅馬人的實幹成就，例如修建水渠、教育及衛生設施，這也使他們不得不承認，羅馬人的確做了很多。

同樣，美國物理學家查德·奧澤爾（Chad Orzel）曾在《福布斯》雜誌的一篇文章中問道：量子力學為我們做了什麼貢獻？現在，我深信《物理世界》的讀者們並不需要閱讀他的文章就可以找到答案。整個電信行業都是基於雷射和放大器技術建立起來的，即使光纖本身十分傳統，但雷射和放大器都是量子器件。雷射最關鍵的物理學原理正是愛因斯坦1917年發表的著名論文中提出的受激發射概念。

盡為量子

量子物理學也是現代計算機的基礎。如果我們對半導體、能帶結構和摻雜都不甚了解，那麼計算機根本無法工作。幸虧有了NAND快閃記憶體（如此命名是因為它就像一個NOT-AND邏輯門），我們擁有了穩定的固態存儲系統，所以每次我們關掉手機、U盤、內存驅動器或數據中心時，所有存儲的數據都不會被擦除，因為量子力學會再次傳送數據。

NAND快閃記憶體構成了全球半導體行業中最龐大的一部分之一，年銷售額達數百億美元。NAND快閃記憶體製造廠的建設成本實際也要高達數十億美元。每當你在NAND快閃記憶體上寫入數據時，你都是在親身見證量子力學中最驚人、最成功的預言。更具體說來，我指的是勢壘貫穿，或是隧道貫穿，它允許低能量粒子穿透高能勢壘。

量子物理學在其他方面的應用還包括核磁共振成像、原子鐘以及衛星導航，而未來仍無限可期。隨著計算、傳感、成像和通訊的進一步發展，量子技術將為解決疾病、氣候變化等全球性問題帶來富有前景的全新方法。

量子計算和安全是一個新興的領域，藉助先進的算法和以糾纏光子的形式發送到光纖的量子密鑰，來保障網絡的安全。密鑰對於安全通訊至關重要，如果有未經授權者查看了密鑰，我們通過量子技術就會洞徹情況。

量子密碼學的支撐技術已經被應用於衛星，由此看來，手機應用晶片不會太遙遠。銀行也會滿心歡喜地接受這種超級安全的匯款方式。不過，消極的一面是，有可能會出現「密碼末日」。

而問題在於，量子計算機的工作原理與傳統計算機大大不同，它可以很快破解當今任何一種常見的安全系統，比如128位AES加密（即使使用當今最好的超級計算機，強力攻擊此系統也需要耗費數百萬年）。據美國國家標準與技術研究院分析，到2029年，量子計算機將使用量子比特（已非比特），破解現有的公鑰基礎設施。

成就感

量子技術應用於傳感和成像，也極有可能迸發不同尋常的契機。超精度傳感器可以繪製地底深層的局部重力場圖，幫助我們發現新的物質資源，或可用來精確定位埋在地下的管道，以便道路工人精準挖洞。這些傳感器已經投入試驗中，雖然它們目前仍須用卡車或火車運輸，但研究人員正在著力開發更小型、更便攜的版本。

晶片原子鐘似乎也不再遙不可及。它們比傳統原子鐘更袖珍、更便宜，也更便攜，將成為衛星覆蓋定位、導航技術的關鍵。而用於金融交易的原子鐘時間「戳」也將促進市場和數據網絡的完整性。

至於量子傳感，它有著幽靈一般的能力，可以從數米外發送糾纏光子的量子雷達就是一個很好的例子。再比如微波光子，藉助於它，我們只需待在原地觀察，便可立即知道幾十公裡以外發生的事情。量子相機則可以每秒一萬億幀的速度拍攝視頻，目前已用於追蹤距觀察者100米範圍障礙物後面的人體。

在醫學領域，量子成像能對大腦進行非侵入性成像，有助於我們研究它的電子活動，更好了解它的工作機制，可有助於治療阿茲海默症和痴呆症。

儘管很難預測量子技術具體的商業應用以及它對社會的影響，但正像彼時雷射、電晶體和隧道技術的發明一樣，顯然它的價值將是巨大的。量子技術既如此之重要，也就難怪世界各國紛紛投入充裕的資金，不啻為明智之舉。

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