量子計算機、肖爾算法與多重宇宙有關聯性,能證明多重宇宙存在

2021-01-15 天文同好樂園

據早前媒體報導,在2018年12月6日,首款量子計算機控制系統OriginQ Quantum AIO在中國合肥誕生;2019年1月10日,IBM宣布推出世界上第一臺商用的集成量子計算系統:IBM Q System One。可能大家對傳統計算機都比較熟悉,但對量子計算機則不甚了了。我們知道,傳統計算機的發明是20世紀最為重要的科學事件之一,那麼,量子計算機的發明將是21世紀最為重要的科學事件,它的重要性並非僅僅體現在計算機本身,而且將可能顛覆我們傳統的單一宇宙觀——我們的可見宇宙並不是唯一的,多重宇宙確實存在。

可能很多人會認為這純粹是扯淡,量子計算機和多重宇宙有什麼關係?量子計算機的出現怎麼會是多重宇宙存在的有力證據?別著急,我們先來看看量子計算機(quantum computer)概念和原理。量子計算機是一種全新的基於量子理論的計算機,它遵循量子力學的規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置。量子計算機應用的是量子比特,可以同時處在多個不同的狀態,而不像傳統計算機那樣只能處於0或1的二進位狀態。

關於量子理論,普通人都會常識性地認為很「玄乎」,比如「不確定性原理」、「雙縫實驗」和「薛丁格的貓」等等,都與我們的常識相悖。但事實上,量子理論是當今最為成功的物理理論,它是當代物理學的支柱理論,如果沒有量子理論,人類的科學技術不可能這麼快發展到今天的地步。而正是量子理論中一系列有悖常理的「玄乎」,在科學界引發了關於多重宇宙是否真實存在的激烈爭論,並進一步促進了對量子宇宙學的深入研究。在這一領域,多重宇宙的主要倡導者戴維·多伊奇可算是先鋒人物。

多伊奇認為,基於量子理論中的不確定性原理,既然在原子層面上存在多個宇宙,那麼在貓的層面上、在人的層面上則不可能只存在單一的宇宙。早在1977年,多伊奇本人對建造以量子原理為運轉機制的計算機產生了濃厚的興趣,並提出了建造量子計算機的構想,他認為這種運轉原理能夠揭示多重宇宙的本質。如果量子計算成為現實,就是多重宇宙存在的有力證據。多伊奇為何會這麼認為呢?這就要從量子計算的一種重要算法——肖爾因子分解算法說起。

1995年,貝爾實驗室的彼得·肖爾提出了量子計算的第一個具體解決問題的思路,即肖爾因子分解算法(因數分解,找出因子)。要想找到一個兩位數的因子很容易,心算就可以,比如數字15,它的因子是3和5。如果是一個有十幾位的大數,則需要傳統的計算機,但是,假如對一個有25位或更多位數的大數進行因數分解,傳統計算機可能需要幾年、幾十年時間才能完成。但肖爾算法則不同,它利用了量子計算的「並行性」,可以在很短的時間內獲得因子。

從本質上來講,肖爾算法是使用量子計算機同時在一系列平行空間中進行每一種可能的運算,最終在極短時間內得出答案。目前有記錄的是,一臺量子計算機成功分解了一個有250位的大數的因子,要知道,這一過程是通過10^500(1後面有500個0)種狀態的疊加實現的。對此,多伊奇提出了一個發人深省的問題:當計算機利用肖爾算法因數分解一個如此大的數字時,這些計算到底是在何處進行的?

多伊奇認為,成功分解一個250位的大數,需要的計算資源是10^500,而整個可見宇宙中只有大約10^80個原子,與10^500相比,可見宇宙中的原子數量是微不足道的。因此,如果我們的可見宇宙就是物理現實的範圍,那麼物理現實甚至還遠遠不能囊括因數分解如此大的數字所需的資源。可是,這次對250位大數的因數分解是由誰完成的呢?又是在哪裡進行的呢?答案只有一個:在不同的多重宇宙中同時進行的。

相關焦點

  • 「多重宇宙」真的存在嗎?
    我不相信其他宇宙的存在已經得到了證明——或者有一天能夠被證明。多重宇宙的擁護者,以及大幅擴大了物理現實概念的人,無疑正在重新定義「科學」的含義。跨越視界那些贊成廣泛意義上的多重宇宙的科學家,對於多重宇宙如何產生,以及它們位於何處,有著不同的看法。
  • 多重宇宙可能存在的10個理由
    我們是只存在於一個宇宙中、還是多重宇宙之中?有些事情也許值得我們多加考慮1954年,一位名叫休·艾弗雷特三世的普林斯頓大學畢業生和朋友們喝酒聊天時,突然產生了一個瘋狂的想法,而這個想法或許能解決量子力學中最令人費解的問題之一:在微觀尺度上究竟存在多少個現實?
  • 多重宇宙相互作用產生量子效應
    德克薩斯理工大學的一位化學物理學家創立了量子力學的新理論,他不僅假定了平行宇宙的存在,而且斷定了平行宇宙的相互作用,平行宇宙的存在和相互作用引起了在微觀世界中觀測的所有量子效應。多重宇宙的概念並不新鮮,早在1957年,休·艾弗雷特三世提出了能夠解釋量子力學特性的多重世界理論,然而艾弗雷特的理論「美中不足」,它沒有很好地定義多重世界概念,他應用的數學工具建立在標準量子力學波動理論的基礎上。在波裡爾教授構建的多重世界相互作用的理論中,理論從一開始就構建在數學的基礎上。
  • 宇宙中真的有很多個自己嗎,多重宇宙到底有沒有存在的可能性
    世界上又如此可疑的證明支持多重宇宙的存在,當然也可以用來反駁多重宇宙的存在,比如下面三種。反駁一,這不是科學。保羅戴維斯和馬丁加德納都指出存在多重宇宙的說法,沒有實證內涵,因而只是空洞的形上學。反駁三,如果真有多重宇宙,我們的世界將會降格為一個黑客帝國式的虛擬世界!這個反駁又是保羅戴維斯提出的,也顯然是所有反駁中最為古怪的一個。戴維斯認為,如果真有許多個宇宙,其中的一些就會演化出技術先進,並能用電腦建立虛擬世界的文明。這些虛擬世界無窮無盡,在數量上將會大大超過組成多重宇宙的真實宇宙。
  • 量子意識可怕在哪?證明「人類」存在多重宇宙中,卻被明確禁止
    愛因斯坦有一句名言「科學的終點就是神學」,這並不是空穴來風,正如量子力學中的量子意識現象,無法用科學來解釋,但量子意識卻成了解釋大腦中的意識現象的基礎,即用玄學對科學進行完美的解釋,這可能就是為什麼量子意識被禁止的原因。
  • 量子意識可怕在哪?證明「人類」存在多重宇宙中,卻被明確禁止
    愛因斯坦有一句名言「科學的終點就是神學」,這並不是空穴來風,正如量子力學中的量子意識現象,無法用科學來解釋,但量子意識卻成了解釋大腦中的意識現象的基礎,即用玄學對科學進行完美的解釋,這可能就是為什麼量子意識被禁止的原因。
  • 哥本哈根詮釋存在致命缺陷,量子多重宇宙如何能邏輯合理地解釋?
    根據愛因斯坦的理論,宇宙中不存在任何特殊的地方,所有「觀察者」都同樣擁有自己的觀點。而埃弗雷特將自己的觀點與愛因斯坦的觀點結合了起來,即:在多重宇宙中的所有「觀察者」都同樣有權擁有自己的觀點,多重宇宙中不存在特殊的宇宙——所有量子態都是真實存在的。
  • 泡宇宙、膜宇宙、多重宇宙究竟存在麼?解讀劉慈欣《纖維》
    科學家在觀測量子時發現,量子都處於不同狀態,如果世界是由量子構成的,那麼宇宙也不應該只有一個才對!2001年,劉慈欣根據該推測,寫出了一篇關於多重宇宙幻想的小說《纖維》。《纖維》中所描述的宇宙存在於一個纖維當中,而多個纖維匯聚了成了纖維叢,當人類發明了光速飛船進行躍遷時,纖維就會出現蛀洞,這些蛀洞會把一些普通人帶入纖維世界中來。小說中,有四個人被帶入纖維世界,因為一些「常識問題」進行了激烈的爭吵。
  • 宇宙在不斷分裂?它可能只是量子多重宇宙的一支!
    這種量子力學詮釋與我們之前討論的多重宇宙有何關係呢?畢竟後者看上去存在於連續的真實空間之中,而非什麼平行世界。2011年,本文作者提出,永恆暴脹宇宙和艾弗雷特的量子力學多世界詮釋在某種意義上是同一個概念。按照這種理解,與永恆暴脹相聯繫的無限大空間只是一種「幻象」,暴脹產生的眾多泡泡宇宙並非同時存在於單一的真實空間之中,而是代表著概率樹上不同的可能分支。
  • 多重宇宙可能存在的10個理由:「現實」可能有無窮多
    這對我們的世界究竟有何影響呢?作為一名充滿創意的思想家,艾弗雷特提出了一個絕妙而奇特的想法,簡單來說,他設想了一個多重宇宙,其中不止有一個現實,而是充滿了多個不同的現實領域,由量子力學決定的所有可能性都可以同時存在。艾弗雷特將這一理論作為他在1957年撰寫的博士論文的主題,但這個想法在當時看來太過離奇,因此沒能在任何科學期刊上發表。
  • 多重宇宙是什麼?它們存在嗎?
    自從人類認識到我們的宇宙是有一個起點的,難免不會想到可能會存在其他的宇宙。於是就誕生了許多關於多重宇宙的猜測。這些猜想都有一定的數學依據,但大多數猜想還缺乏實驗和觀測的證實。這就導致從現在起,那裡發出的光是無法到達我們地球的(之所以我們現在能看到,那是由於100多億年前宇宙還沒有現在這麼大)。所以,我們能夠觀測的宇宙是有限的,而且由於宇宙膨脹的原因,星系間的距離會越來越遠,我們能夠觀測到的宇宙物質會越來越少。這些多重宇宙就在我們能夠觀測到的宇宙之外的地方。由於是同一個奇點爆炸產生的宇宙,所以,它們的物理定律和我們可觀測宇宙是一樣的。
  • 找不到證據的多重宇宙,對科學有害?
    1990年,我為《科學美國人》撰寫了一篇文章,主題是:我們的宇宙是否可能如一些物理理論暗示的,是多重宇宙中的一個。文章標題為《這裡有一個宇宙,那裡也有一個》(Here a Universe, There a Universe...)。之所以使用這種輕鬆的語氣,是因為我不想讀者把這些宇宙猜想看得太過嚴肅。畢竟,我們還沒有辦法證明或推翻其他宇宙的存在。
  • 關於多重宇宙的幾個推論
    這項嚴肅的聲明帶來了一些更加嚴肅的科學、哲學及存在上的問題。在此基礎上腦洞大開,於是有了以下9種推論。關於多重世界解釋,讓我們做個簡單的回顧。根據量子物理學家休·埃弗雷特的假設,我們生活在一個宇宙——或者更確切地說多重宇宙中,時間不斷分支並創造獨特的、相聯繫的宇宙們,每個宇宙中的你版本都不相同。
  • 什麼是平行宇宙?它和多重宇宙有何區別?
    在宇宙學、物理學、天文學、宗教、哲學、超個人心理學和文學,特別是在科幻小說和幻想中,已經假設了多個宇宙。在這些語境中,平行宇宙也被稱為「更替宇宙」、「量子宇宙」、「互穿維度」、「平行維度」、「平行世界」、「平行現實」、「量子現實」、「替代現實」、「交替時間線」、「交替維度」和「維度」。物理學界繼續討論多元宇宙的假說。
  • 多重宇宙是科學嗎
    關於多重宇宙是否存在的爭論由來已久,現在,宇宙學的進展能讓我們重新審視這個問題。
  • 平行宇宙,多重宇宙,我們還存在於另一個世界之中嗎?
    通過量子物理學家所說的量子糾纏,或者愛因斯坦所說的「幽靈般的超距作用」,亞原子粒子能夠在相當長距離上影響另一個粒子,而這些粒子彼此之間沒有任何聯繫。這就是發生在類似於「心靈致動」中的事情。一個人能遠距離影響另一個物體。一個亞原子粒子能同時出現在不只一個地方。這解釋了二重身(也就是一個人同時出現在兩個不同的地方)。
  • 你是多重宇宙永恆論者還是單一宇宙存在論者?科學是如何解釋的
    為了證明我的觀點,我將論證優勢論可以通過兩種因素實現:· 現實的各個方面對我們均有隱藏。· 整個宇宙都在不斷地與自己聯繫。如果跳脫出盛行的哲學範式,所有這些都可以符合現代物理學。永恆論和多重宇宙是如何成為主導時代精神的一部分的呢?
  • 多重宇宙是科學嗎?
    今天,許多科學家也在用相似的態度嘲諷著一個觀點——我們所見的宇宙並非單獨存在,它只是多重宇宙「泡泡」中的一個。多重宇宙理論的反對者認為,我們無法看到其他的宇宙,因此這個理論無法被證明。此外,他們還認為用多重宇宙理論來解釋現實,明顯違背了奧卡姆剃刀理論(Occam's razor)。奧卡姆剃刀理論認為簡單的解釋優於複雜的解釋。但馬赫對原子的看法,毫無疑問是錯誤的。
  • 科學家在太空發現神秘冷斑,可能證明存在多重宇宙
    英媒稱,科學家認為,太空中一塊不可思議的低溫區域或許是某個平行宇宙與我們的宇宙相撞後產生的,這是證明我們或許身處多重宇宙的首個證據。據英國《每日電訊報》網站5月17日報導,2015年,天體物理學家發現了宇宙中一個奇怪的不毛之地,這裡比太空中的其他區域要冷得多,而且似乎缺失了一萬個星系。「冷斑」的跨度達18億光年,是目前已知的宇宙中最大的結構,不過它所含的物質卻比正常情況少了20%,自有相關記錄以來,這一點一直困擾著科學家。不過,美國一些專家現在給出了答案。
  • 宇宙五大奇異現象多重宇宙假說和平行宇宙
    關於我們所理解中的平行世界的多重宇宙論,而更多的時候關於此種理論被我們大多數普通人成為,多重宇宙或者平行宇宙,而或許會有一部分人把這兩個概念稱為不同名稱的同概念,但事實上,多重宇宙與平行宇宙完全不是一個概念的意思。