利亞姆·霍爾 (Liam Hall) 在澳大利亞的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)長(zhǎng)大，曾是一名機(jī)械師，“指關(guān)節(jié)越來(lái)越油膩、刮傷”，但近年來(lái)，他的職業(yè)生涯發(fā)生了更加技術(shù)性的轉(zhuǎn)變。
他現(xiàn)在是澳大利亞國(guó)家科學(xué)機(jī)構(gòu) CSIRO 量子生物技術(shù)的負(fù)責(zé)人。
“我的背景有點(diǎn)奇怪。我一直想成為一名柴油機(jī)械師。這樣做了一段時(shí)間后，我想在大學(xué)做工程學(xué)。這讓我接觸到了物理學(xué)，然后又接觸了量子物理學(xué)。坐過(guò)山車(chē)是描述它的一個(gè)好方法，”他說(shuō)。
他的團(tuán)隊(duì)一直在開(kāi)發(fā)診斷技術(shù)，試驗(yàn)用尺寸約為50納米（比人類(lèi)頭發(fā)細(xì)約1,000倍）的微小鉆石片制成的微型傳感器來(lái)測(cè)試患者的鐵水平。
目前的方法監(jiān)測(cè)一種稱為鐵蛋白的蛋白質(zhì)，它是人體的鐵儲(chǔ)存機(jī)制。雖然監(jiān)測(cè)鐵蛋白是測(cè)量鐵的好方法，但測(cè)量蛋白質(zhì)內(nèi)的實(shí)際鐵水平會(huì)更準(zhǔn)確。
一種方法是測(cè)量鐵產(chǎn)生的微小磁場(chǎng)。但這種方法有一個(gè)大問(wèn)題。
“[磁場(chǎng)]非常小，超出了任何傳統(tǒng)磁力計(jì)或顯微鏡的測(cè)量范圍，”霍爾博士解釋道。
然而，霍爾博士的納米級(jí)量子傳感器可以檢測(cè)這些微小的場(chǎng)并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。
他說(shuō)，未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)可以為任何特定疾病開(kāi)發(fā)出早期標(biāo)志，包括監(jiān)測(cè)可能預(yù)示癌癥的某些激素或蛋白質(zhì)。
霍爾博士說(shuō)：“量子系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)始終在于，您可以以更低的成本實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度和更輕松地識(shí)別化學(xué)物質(zhì)?！?br />
霍爾博士是全球推動(dòng)量子技術(shù)開(kāi)發(fā)的一部分。英國(guó)、中國(guó)、美國(guó)和其他國(guó)家都在嘗試?yán)昧孔恿W(xué)的奇怪特性。
CSIRO 首席科學(xué)家 Bronwyn Fox 教授表示：“量子是澳大利亞最有前途的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)之一，是創(chuàng)造新市場(chǎng)、新應(yīng)用的機(jī)會(huì)?！?br />
量子力學(xué)誕生于20世紀(jì)初，源于對(duì)自然界最小物體的研究?？茖W(xué)家相信它有潛力擴(kuò)大我們對(duì)宇宙的理解并以閃電般的速度解決復(fù)雜的問(wèn)題。
應(yīng)用范圍似乎很廣；從環(huán)境科學(xué)和脫碳的進(jìn)步，到網(wǎng)絡(luò)安全和新藥物?？赡艽嬖凇巴淌商肌辈⑵鋸拇髿庵腥コ姆肿印槠?chē)、飛機(jī)提供動(dòng)力的量子電池，旨在降低排放和運(yùn)輸物流以減少道路擁堵。
量子研究的目標(biāo)之一是利用亞原子粒子的力量來(lái)存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。
傳統(tǒng)計(jì)算通常使用位（零和一），而量子計(jì)算機(jī)使用量子位，它可以零、一或同時(shí)存在兩者的組合。
這就是事情變得有點(diǎn)奇怪的地方，粒子可以同時(shí)存在于多種狀態(tài)（這稱為疊加），并且還相互纏繞（或糾纏）。
“將量子疊加原理與另一種稱為糾纏的量子現(xiàn)象結(jié)合使用，它使您能夠執(zhí)行使用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)根本無(wú)法完成的計(jì)算。它開(kāi)辟了進(jìn)行一些非常驚人的計(jì)算的可能性，這些計(jì)算可以改變世界，”教授解釋道新南威爾士大學(xué)的安德魯·祖拉克 (Andrew Dzurak)。
“想象一下新冠病毒的新分支或另一種可怕的流行病。一旦你了解了它的分子結(jié)構(gòu)（可以使用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)來(lái)完成），你就可以使用量子計(jì)算機(jī)計(jì)算如何制造專(zhuān)門(mén)攻擊該病毒的分子。
“你可以在一天之內(nèi)解決這個(gè)問(wèn)題，而不是像地球上所有最偉大的生物和制藥專(zhuān)家那樣花費(fèi)六到九個(gè)月的時(shí)間來(lái)研制出新冠疫苗?！?br />
CSIRO 旗下企業(yè) Data61的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Muhammed Usman 博士表示，驅(qū)動(dòng)量子計(jì)算的動(dòng)力來(lái)自于糾纏，這是一種自然現(xiàn)象。
它很復(fù)雜，不容易掌握。特殊粒子（通常是光子或光斑）可以同時(shí)存在于兩個(gè)地方，但即使它們沒(méi)有物理連接，但仍保持牢固的連接。
“我想說(shuō)，世界上沒(méi)有人完全理解糾纏的基礎(chǔ)知識(shí)，”烏斯曼博士誠(chéng)實(shí)地評(píng)價(jià)道。
可能有量子互聯(lián)網(wǎng)嗎？很有可能。數(shù)據(jù)可以使用光粒子通過(guò)光纖發(fā)送，因此幾乎不可能被竊聽(tīng)或黑客攻擊。
David Awschalom 教授在芝加哥普利茲克分子工程學(xué)院建立了200公里的量子網(wǎng)絡(luò)
在美國(guó)，芝加哥大學(xué)建立了該國(guó)最長(zhǎng)的量子網(wǎng)絡(luò)之一。它全長(zhǎng)近200公里（124英里），并且還在不斷增長(zhǎng)。
David Awschalom 是芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的分子工程和物理學(xué)劉氏家族教授。他還是該大學(xué)布洛赫量子技術(shù)中心的創(chuàng)始主任，該中心預(yù)計(jì)到2035年將創(chuàng)造30,000個(gè)量子就業(yè)崗位，并為經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造600億美元的收入。這是與澳大利亞、印度、日本、荷蘭和以色列專(zhuān)家的合作。
“我們已經(jīng)擴(kuò)展了通過(guò)數(shù)英里的地下光纖發(fā)送安全量子信息的距離，”他解釋道。
“但是還有一些重大挑戰(zhàn)需要克服。例如，對(duì)于量子計(jì)算，我們正在努力保持量子相干性，這意味著保持量子系統(tǒng)完好無(wú)損；糾錯(cuò)，這意味著檢測(cè)和糾正由退相干引起的錯(cuò)誤；以及可擴(kuò)展性，這意味著能夠增加量子系統(tǒng)中的量子位數(shù)量來(lái)解決更復(fù)雜的問(wèn)題?！?br />
多年的艱苦研究仍在前方，但未來(lái)似乎正在迅速向我們沖來(lái)。
“量子人工智能是我們團(tuán)隊(duì)的關(guān)鍵研究領(lǐng)域之一。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的計(jì)算量非常大，而量子計(jì)算有望提供計(jì)算能力，”CSIRO 的 Usman 博士解釋道。
“例如，自動(dòng)駕駛汽車(chē)或無(wú)人機(jī)在攜帶致命武器的戰(zhàn)場(chǎng)上飛行。我們可以信任人工智能嗎？因此，我們發(fā)現(xiàn)將量子計(jì)算集成到人工智能中可以帶來(lái)非?？煽亢椭档眯刨嚨南到y(tǒng)，”他說(shuō)。
“我的夢(mèng)想成真是大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，我們可以運(yùn)行我正在開(kāi)發(fā)的量子算法來(lái)尋找我們尚未發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題的解決方案，這將徹底改變一切?！?br />
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