J·罗伯特·奥本海默是物理学史上一位崇高的人物,常被誉为“原子弹之父”。尽管他对量子计算的直接影响可能并不明显,但从他的工作中所得到的教训对于量子计算的持续进展具有深刻的相关性。最近对奥本海默生平与工作的电影化描述不仅揭示了核物理学的历史轨迹,还为理解量子计算的演变提供了一个背景框架。
奥本海默的主要影响领域是核物理学,但他对量子力学——量子计算的基石——的贡献并不微不足道。他在1920年代在德国与马克斯·玻恩合作的博士研究工作导致了波恩-奥本海默近似的发展。这个近似在将量子力学从原子推广到分子方面起到了关键作用,是他最被引用的论文之一,至今在量子化学和量子物理学中仍被广泛应用。在科学发现密集的时期,他与玻尔、海森堡等杰出人物的早期学术互动为我们今天所知的量子计算奠定了基础。
作为洛斯阿拉莫斯实验室的主任,奥本海默领导了一支杰出的团队,其中许多人后来为量子计算做出了重要贡献。其中包括当时的初级物理学家理查德·费曼,他如今被认为是量子计算的先驱之一。约翰·冯·诺伊曼,另一名团队成员,为计算架构做出了重大贡献,并解决了描述量子系统在测量时如何改变其状态的“测量问题”。奥本海默还与伊西多尔·艾萨克·拉比合作,以其名字命名的拉比频率对于中性原子计算至关重要。
奥本海默在曼哈顿计划中的领导所呈现的电影化描绘强调了量子力学的实际应用。它还突显了当今量子计算公司面临的挑战,即从学术环境过渡到工业和商业环境。正如奥本海默的传记所指出的,“习惯于在有限资源和几乎没有最后期限下工作的科学家现在不得不适应一个资源无限且要求严格的期限的世界”。
原子弹作为核物理学的直接应用,彻底改变了历史的进程。它的量子对应物“Q日”是指未来的一个日期,届时量子计算机将有能力突破当前的加密系统。这一天的来临理论上可能导致对使用这些系统加密的任何消息进行解密,从而潜在地引发数字通信安全的灾难性崩溃。
1945年第一颗原子弹的制造引发了美国和苏联之间的核武竞赛,随后其他国家也开始开发军事核技术。如今,我们目睹了一个类似的“量子军备竞赛”,各主要国家在量子技术上投资数十亿。第一个实现量子优势或量子霸权(类似于具有四千个高质量纠错逻辑量子比特)的国家将获得实质性的战略优势。许多专家呼吁像“曼哈顿计划”一样在量子技术方面进行投资。正如前NSA局长迈克·罗杰斯所写,“我们正处在一个关键的时刻。让我们不要等待量子版的‘斯普特尼克时刻’。很少有新技术能够为那些能够驾驭它的人提供如此强大的力量。”
尽管核武器竞赛是基于相互确保毁灭的概念,但在量子计算领域,情况明显有所不同。量子计算机的出现并不必然意味着安全通信的终结。实际上,我们可以运用经典密码学来对抗可能的量子威胁。例如,基于格的密码系统能够有力地抵挡量子攻击。这些系统可以相对容易地整合到现有的协议和软件中,因此它们成为受欢迎的量子安全措施选择。这凸显了核与量子领域之间的关键差异:前者是追求主导地位却缺乏真正防御手段的竞赛,而后者更像是一场平衡的竞争,量子计算的进步将会迎来相应的量子抗攻击密码学进步。
奥本海默个人和政治斗争也为量子计算领域提供了宝贵的教训。他反对进一步发展核武器的主张反映出他对科学进步的伦理影响有着深刻的责任感。这个观点对于今天的量子计算具有相关性,量子计算既有可能带来益处,也可能应用不当,比如潜在的将量子计算机用于黑客攻击或量子霸权的影响。奥本海默的故事提醒我们需要仔细考虑量子计算的伦理和社会影响。
在曼哈顿计划之后的几十年里,洛斯阿拉莫斯国家实验室一直是量子力学以及近年来的量子计算研究的中心。如今,洛斯阿拉莫斯的研究人员正在积极致力于发展量子计算技术,并探索其潜在应用,与行业领军人物合作,探索多种量子模态。
有一个趣闻回忆了奥本海默在讲解量子力学时的情景。在解释一个复杂的概念时,他停下来引用了包德莱尔的《旅行》中的一句话:“你知道,除了做梦,什么也没有。”当我们继续在量子计算方面取得进展并梦想其潜力时,我们应该铭记奥本海默的故事以及它所提供的关于科学进步的伦理、社会和政治层面的教训。
Leave a Reply