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。